大题03 化学反应原理综合题（分类过关）-【大题精做】冲刺2025年高考化学大题突破+限时集训（浙江专用）

大题03 化学反应原理综合题(分类过关) 类型一 以二氧化碳综合利用为主体 1．(2025·浙江省第一届NBchem高三选考模拟考试)CO2的综合利用 空气中的CO2体积分数仅为(：百万分之一)。对空气中的CO2进行捕集和富集，是实现CO2封存或将其转化为其他有用产物的关键步骤。 科学家发明了一种由阴离子交换树脂-碳纳米管构成的膜分离装置(如下图所示)可以连续去除空气中的CO2，在富集CO2的同时获得基本不含CO2的空气。除去CO2的空气可用于碱性燃料电池。这种薄膜兼具离子和电子传导性能，膜的侧通入含CO2的空气，侧通入少量H2；经过反应后，侧得到基本不含CO2的空气，CO2转化成了HCO3-；侧得到较高浓度的CO2。 (1)写出侧CO2转化成HCO3-和侧释放CO2的反应方程式。 ： 。 ： 。 (2)对该分离装置工作原理描述正确的是_______。 A．需要外加电源供电 B．本质上是燃料电池，会对外供电 C．既不需要外加电源，也不对外供电 D．以上说法都不对 (3)复合膜中加入碳纳米管的作用是什么 。 (4)该装置在下工作，通入的空气和H2压力均为。侧的空气流量为，其中的CO2浓度为，要将空气中的CO2浓度降低至，计算侧通入的氢气流量至少需要多少？ 。 如下图所示，铵盐型碱性离子交换树脂也可以吸收CO2，并通过改变湿度的方法使吸收的CO2脱出。低湿度下树脂具有CO2吸收能力，通过反应1吸收CO2；通入水蒸气增加湿度后，会释放部分吸收的CO2 (反应2)；降低湿度可以使树脂再生CO2吸收能力(反应3)。图中A、B、C、D代表与铵盐以化学键或物理吸附方式结合的分子或离子。它们可能相同，也可能不同。 (5)写出A、B、C、D代表的物种 。 (6)在反应2中，解释增加湿度为何会使CO2释放 。 2．(2025·浙江省精诚联盟高三适应性联考)CO2资源化具有重要现实意义，相关技术研发是当前科技界研究的热点。其中，将CO2转化为有机物从而实现碳循环的常见方法有。 合成尿素：2NH3(g)＋CO2(g)CO(NH2)2(l)+H2O(g)   ① 氢化制烷：CO2(g)＋4H2(g)CH4(g)＋2H2O(g)   ② 催化制烯：2CO2(g)＋6H2(g)CH2=CH2(g)＋4H2O(g)  ③ 氢化制酸：2CO2(g)＋H2(g)HOOCCOOH(g)  ④ (1)上述转化方法中，原子利用率最高的是_______。 A．反应① B．反应② C．反应③ D．反应④ (2)一定条件下，反应①通过以下两步实现：2NH3(g)＋CO2(g) NH2COONH4(l) ΔH1；NH2COONH4(l)CO(NH2)2(l)+ H2O(g) K2。那么ΔH1 0(填“>”“<”或“=”)，平衡常数K2的表达式为 。 (3)在2L的恒温恒容密闭容器中，充入3molH2(g)和2 molCO2(g)后控制实验条件使之发生上述反应②，测得2 min时容器内气体压强降至初始压强值的80%。则2 min时CO2的转化率为 。 (4)在催化剂、0.1MPa时，CO2和H2按物质的量1：3投料并发生反应③。图1是匀速升温过程中体系CH2=CH2的体积分数(%)与温度(T)的关系，图2是平衡状态下四种气态物质的物质的量(n)与温度(T)的关系。 下列说法不正确的是_______。 A．反应③能自发进行的条件是高温 B．曲线a、c表示的物质分别为CH2=CH2和CO2 C．除改变温度外，增大压强或及时分离水蒸气也能提高CH2=CH2平衡产率 D．T1时CH2=CH2体积分数达到最大值，说明反应体系恰好达到平衡状态 (5)除方法④外，H2C2O4也可采用微生物电催化的方法制备，装置如下图，阳极区的电极反应式为 。实验发现，当体系升高到一定温度后，装置反应速率会明显下降，原因是 。 3．(2025·浙江省强基联高三联考)CO2作为重要的温室效应气体，开发“碳捕获”技术，利用其生产其他化工产品是当前化工领域的热门方向。 Ⅰ．CO2催化加氢合成甲醇是重要的碳捕获利用与封存技术，该过程主要发生下列反应： 反应①CO2(g)＋3H2(g)CH3OH(g)＋H2O(g) ΔH1＝-49.5kJ·mol−1 K1 反应②CO2(g)＋H2(g)CO(g)＋H2O(g) ΔH2＝+41.2kJ·mol−1 K2 (1)反应③的平衡常数，其热化学方程式为 。 (2)在密闭容器中，维持压强和投料比不变，平衡时CO和CH3OH(g)在含碳产物中物质的量分数及CO2的转化率随温度的变化如图所示。 ①图中代表CO的物质的量分数随温度变化的曲线为 (填“Ⅰ”或“Ⅱ”)。 ②250℃后，CO2的转化率随温度升高的原因是 。 ③在压强为p的恒温恒压密闭容器中加入2 molCO2和6 molH2反应，达到平衡状态时CO2的转化率为40%，生成CO的物质的量为0.6 mol，反应①在该温度下的压强平衡常数Kp= (列计算式，分压=总压×物质的量分数)。 Ⅱ．2021年9月，我国科学家首次以二氧化碳为原料，经多步反应(如图)人工合成淀粉。前两步，是先将二氧化碳还原为甲醛。 (3)写出“CO2→HCHO”总反应的化学方程式： 。 Ⅲ．近年，科学家发现，可用光电化学法将CO2还原为有机物实现碳资源的再生利用，其装置如下左图所示，其他条件一定时，恒定通过电解池的电量，电解得到的部分还原产物的法拉第效率()随电解电压的变化如下图所示： (4)当电解电压为U1V时，阴极主要的电极反应式为 。 4．(2025·浙江部分高中高三开学考试) “碳循环”是指碳元素在地球上的生物圈、岩石圈、水圈及大气圈中交换，并随地球的运动循环不止的现象。请回答： I．通过捕捉工业废气中的CO2，再将其合成甲醇，这种甲醇被称为零碳燃料。其合成甲醇的反应为：CO2(g)＋3H2(g)CH3OH(g)＋H2O(g) (1)该反应正反应活化能Ea1比逆反应活化能Ea2 (填“大”、“小”或“无法确定”)，理由是 。 (2)一定温度下，向恒容密闭容器中通入2molCO2(g)和5molH2(g)，初始压强为P0，体系达到平衡状态时CO2的体积分数为20%。 ①下列说法正确的是 。 A．平衡时，CO2气体的转化率为80% B．升高体系温度，导致正反应速率减小，逆反应速率增大 C．当混合气体的密度保持不变时，无法说明反应已达到平衡状态 D．为提高甲醇的产率与反应速率，可通过选择性分离膜不断分离甲醇来实现 ②对于气体参与的反应表示平衡常数Kp时用气体组分(B)的平衡压强p(B)代替该气体物质的量浓度cB。在温度下，合成甲醇反应的平衡常数 。 Ⅱ．“碳循环”在一定程度上推动了“氮循环”。其中铵盐是一类重要的含氮化合物，应用广泛。如NH4Al(SO4)2可用作净水剂、食品添加剂；NH4HSO4用于定量分析医药和电子产业中。 (3)在下，0.1 mol·L－1 NH4Al(SO4)2溶液中c(NH4＋)= amol·L－1，0.1 mol·L－1 NH4HSO4溶液中c(NH4＋)= b mol·L－1，则a b(填“>”、“<”或“=”)。 (4)如图是0.1 mol·L－1的几种电解质溶液的pH随温度变化的曲线。在25℃下，0.1 mol·L－1 NH4Al(SO4)2溶液中2c(SO42-)-c(NH4+)-3c(Al3+)= mol·L－1 (填准确值) 5．(2025·浙江省强基联高三联考)利用CO2合成甲醇是实现“碳中和”的重要途径之一，CO2加氢制甲醇的主要反应为： ①CO2(g)＋H2(g)CO(g)＋H2O(g) ΔH1＝+41.2kJ·mol−1 ②CO(g)＋2H2(g)CH3OH(g) ΔH2＝-127.4kJ·mol−1 (1)反应①的 (填“大于”“小于”或“等于”)0，理由是 。 (2)200℃下，在恒温恒容容器中通入一定量的CO2和H2，反应①达到平衡的标志为___________。 A．v正(H2)= v逆(CO) B．混合气体的密度不再改变 C．n(CO)：n(CO2)不再变化 D．容器中气体的平均摩尔质量不再变化 (3)200℃，下，将一定比例CO2和H2混合气体通入装有催化剂的绝热反应管。装置中L1、L2、L3……位点处(相邻位点距离相同)的气体温度、CO和CH3OH的体积分数如图所示。 至L2位点处CO的体积分数逐渐升高，L2位点后CO的体积分数几乎保持不变，请说明理由： 。 (4)某研究小组自制甲醇燃料电池，电解质是KOH溶液，负极反应式是 。该电池以3.2A恒定电流工作48分钟，消耗CH3OH0.64g，该电池化学能转化为电能的转化率为 。[电荷量q(C)=电流I(A)×时间t(s)；；] 类型二 以氮、硫元素转化为主体 6．(2025·浙江省9+1高中联盟高三联考)氮及其化合物与人类生产、生活密切相关。氨催化氧化制NO是工业制备硝酸的核心过程： 主反应：4NH3(g)+5O2(g)4NO(g)+6H2O(g)AH=-905kJ/mol 副反应：4NH3(g)+3O2(g)2N2(g)+6H2O(g)AH=-1268kJ/mol 而在雷电的作用下，氮气被氧气直接氧化成NO，最终转化成硝酸。 (1)写出氮气与氧气反应生成NO的热化学方程式： 。 (2)在20个大气压、铁触媒的作用下，经历相同时间反应产物的产率和温度的关系如下表所示： t/℃产率% 450 550 650 750 800 850 900 950 1000 …… NO 19.0 37.5 62.5 81.5 96.5 96.5 93.1 85.5 73.0 …… N2 61.5 37.5 18.1 6.4 1.5 2.0 6.7 12.0 25.1 …… 下列说法不正确的是_______。 A．工业上进行氨催化氧化生成NO时，温度应控制在800C~850℃ B．活化能大小：主反应≤副反应 C．降温降压一定能提高NO的平衡产率 D．选择合适的催化剂，可以提高NO的选择性 (3)硝酸生产中的尾气主要是NO，对环境的影响很大。氨气的催化还原法是常见的处理方法之一。其中用NH3消除NO污染的反应原理为：4NH3+6NO=5N2+6H2O。不同温度条件下，NH3与NO的物质的量之比分别为1：1、2：1、3：1时，经历相同时间得到NO脱除率曲线如下图1所示： ①曲线c对应NH3与NO的物质的量之比是 。 ②解释800°C以后曲线b中NO的脱除率先降后升的可能原因是 。 (4)电解法可以将NO，与另一污染性气体SO2转化为硫酸铵，从而实现废气的回收再利用。电解原理如下图所示： ①计算常温下0.01mol/L的(NH4)2SO4的pH值为 (已知：Kw=1.0×10-14 Kb(NH3·H2O)=1.8×10-5 ，lg3=0.48) ②若通入NO2，其电极反应式为 。 7．(2025·浙江省富阳中学高三选考模拟)氮是自然界的重要元素之一，研究氮及其化合物的性质，以及氮的利用对解决环境和能源问题都具有重要意义。已知1mol物质中的化学键断裂所需能量如下表： 物质 N2(g) O2(g) NO(g) 能量/kJ 945 497 635 完成下列填空： (1)设体系中只存在如下反应： i．N2(g)＋O2(g)2NO(g) ΔH1 ii．2NO(g)＋O2(g)2NO2(g) ΔH2 iii．NO(g)＋O3(g)2NO2(g)＋O2(g) ΔH3 ①计算∆H1= 。 ②一定温度下于恒容密闭容器中充入N2(g)和O2(g)，下列可能降低上述体系中浓度的有 (填序号) a． 缩小容器体积 b． 加入催化剂 c． 移除NO  d． 充入He(g) ③向2L恒容密闭容器充入0.4molNO(g)和0.6molO3(g)发生反应iii，测得NO(g)的体积分数x(NO)与温度和时间的关系如图甲，速率方程，其中、为速率常数，仅与温度、催化剂有关，与浓度无关。 i. a点的转化率为 %， 。(选填“<”、“>”或“=”) ii. 下列说法正确的是 。 A．a点正逆反应活化能大小：  E正＞E逆 B．化学反应速率：c点v正>b点v逆>a点v逆 C．b点O2产率为50% D．平均相对分子质量：M(a)=M(b)>M(c) ④已知分子中的大键可用符号表示，其中m代表参与形成大键的原子数，n代表大键中的电子数，则O3中的大键可表示为 ，NO2与O3结构相似，但NO2易二聚生成N2O4而O3不会，试从结构上分析其原因 。 (2)工业上用天然气处理，消除发生的反应为2NO2(g)＋CH4(g)CO2(g)＋N2(g)＋2H2O(g)在一定温度下向恒容密闭容器充入1mol CH4 (g)和2molNO2(g)发生上述反应，起始时测得总压强为90kPa，N2(g)的分压与时间关系如图乙所示 ①0至10min内NO2(g)的分压变化速率为 kPa/min。 ②该温度下，反应的平衡常数Kp= 。(气体分压=总压强×物质的量分数) (3)氮在有机物研究的发展中也举足轻重。传统制造尼龙66的原料己二腈，通常以乙炔和甲醛经过很长路线才能合成，现改用电合成法，通过弱酸条件下电解丙烯腈溶液合成，大大提高了生产效率。请写出电解过程中，阴极的反应方程式 。“凡火药，硫为纯阳，硝为纯阴∙∙∙∙∙∙以乾坤出神物也”，现在黑火药的使用已渐渐被取代，以三硝酸甘油酯为例，请写出其加热后生成4种无毒无害气体的化学方程式 。 8．(2025·浙江省湖州、衢州、丽水高三三地市一模)近年来，氨(NH3)作为一种无碳能源吸引了越来越多的关注。 (1)已知N≡N≡、H-H和N-H的键能如下： 化学键 N≡N H-H N-H 键能(kJ·mol−1) 946 436 390.8 合成氨反应的N2(g)＋3H2(g)2NH3(g) ΔH＝ kJ·mol−1。 (2)某新型催化剂作用下，向密闭容器中充入5 molN2和15 molH2，在温和条件下合成NH3，在催化剂活性范围内，相同时间内测得体系中N2的物质的量与温度、压强的关系如图1所示。 ①p2 p1(填“>”、“<”或“=”)。 ②对于气相反应，用某组分B的平衡压强p(B)代替物质的量浓度cB也可表示平衡常数，记作Kp，如，p为平衡总压，为平衡系统中B的物质的量分数。温度为T1时，该反应的平衡常数Kp = MPa-2 (列出计算式，不需计算结果)。 ③投料比一定时，随着温度升高，不同压强下N2的物质的量趋向相等，其主要原因是 。 (3)酸性条件下，一种电催化氮还原反应(NRR)机理及相对能量变化如图2、3所示。 下列说法正确的是___________。 A．反应时，N≡N完全断裂后再与H+结合 B．H+浓度过大，会发生2H＋＋2e-=H2↑的副反应 C．氨气浓度减小，反应速率可能增大 D．电催化氮还原反应的控速步为：N2*+H++e-=N2H* (4)直接氨燃料电池是实现“氨经济”的重要应用，原理示意图如图4，氨转化为无污染物质，则A电极的电极反应式： 。 9．(2025·浙江省五校高三联考)煤燃烧过程中会产生大气污染物CO、NO，研究氮氧化物的消除和CO2资源再利用是目前研究的热点之一。 (1)用惰性电极(Pt)电解CO2吸收液(假设溶液成分为饱和NaHCO3溶液)，阴极区通入CO2可以制得HCOONa，请写出阴极的电解电极方程式 。 (2)已知：2CO(g)＋2NO(g)2CO2(g)＋N2(g)，CO、NO在铁催化剂表面进行如下两步反应： 反应I：_______________ 反应II：CO+Fe=FeO+CO2 ①2CO(g)＋2NO(g)2CO2(g)＋N2(g)反应自发进行的条件为： 。 ②完成反应I的化学方程式： 。 (3)某课题组为研究CO存在下铁对NO的催化还原反应，设计了三组对照实验。分别如下：第1、2组将等量的Fe置于石英管内，通入N2吹扫约10min，然后分别通入一定量NO或NO和CO混合气体后，两端密封开始加热升温，测NO的转化率；第3组与第2组其它条件相同，但没有Fe参与实验，测NO的转化率，得出结果如图。 ①下列说法正确的是 。 A．其他条件不变时，用空气替代N2，对实验结果有影响 B．当体系中CO和CO2的物质的量浓度相等时，反应达到平衡状态 C．增加铁的质量和表面积，能降低该反应的活化能，提高反应速率，提高NO的平衡转化率 D．当温度小于750K，铁在NO、CO反应系统中，以Fe、NO的气固异相反应为主 ②请解释图1中750K后曲线1、2变化趋势不同的原因： 。 ③若该反应的正、逆反应速率可表示为v正= k正c2(NO)·c2(CO)、v逆=k逆c2(CO2)·c(N2)，k正、k逆分别为正、逆反应速率常数，仅与温度有关。一定温度下，在体积为1L的容器中加入2molNO和2.2molCO发生上述反应，测得CO和CO2物质的量浓度随时间的变化如图所示。已知该温度下K=27/20，则a点时v正：v逆= 。(结果保留两位有效数字) 10．(2025·辽宁省名校联盟高三联考)黄铁矿(主要成分为FeS2)、焦炭与适量空气混合加热发生反应i．3FeS2+2C+3O2Fe3O4+6S+2CO。 (1)反应i中每消耗碳原子，转移 电子。 (2)反应i可能会产生副产物SO2，可用处理回收S，发生反应ii和副反应iii。 ii．SO2(g)＋2CO(g)S(g)＋2CO2(g) ΔH＜0 iii．SO2(g)＋3CO(g)COS(g)＋2CO2(g) ΔH＜0 恒压条件下，按n(SO2)：n(CO)=1：3充入原料，其中SO2的平衡转化率以及COS和S的平衡选择性[X(X为COS或S)的平衡选择性]随温度的变化如图所示。已知L2表示COS的平衡选择性。 ①下列说法错误的是 (填字母)。 a．L3表示S的平衡选择性 b．键角：COS＜CO2 c．COS(g)CO(g)＋S(g) ΔH＞0 d．若某温度下可只考虑反应ii，此时恒压条件下充入He，平衡不移动，SO2的体积分数不变 ②下，反应ⅱ的平衡常数K= 。 (3)常温下，通过电化学原理，利用反应i的产物Fe3O4进一步与SO2反应，电解质溶液采用NH3·H2O-(NH4)2SO4缓冲溶液，维持pH=9，可制备(NH4)2Fe(SO4)2，反应装置如图。 ①在 (填“正”或“负”)极区可得到产品(NH4)2Fe(SO4)2。 ②结合电极方程式，指出负极区NH4+的物质的量的变化并解释原因： 。 ③已知常温下，Kb(NH3·H2O)=1.8×10-5，在配制pH=9的NH3·H2O-(NH4)2SO4缓冲溶液时， 。 类型三 以有机物转化为主体 11．(2025·浙江省台州市高三一模)利用生物质乙醇制备乙烯具有很大的经济价值和战略意义，发生的反应为： 反应Ⅰ：CH3CH2OH(g)CH2=CH2(g)＋H2O(g) ΔH＝+40.0kJ·mol−1 ΔS=125.0J·mol-1·K-1 反应Ⅱ：2CH3CH2OH(g)CH3CH2OCH2CH3(g)＋H2O(g) ΔH＝-16.0kJ·mol−1 请回答： (1)已知相关物质的标准熵数值如下表所示，ΔS计算方法可类比ΔH计算方法。 化学式 CH3CH2OH(g) CH3CH2OCH2CH3(g) H2O(g) 标准熵：/( J·mol-1·K-1) 281.1 342.1 188.1 反应Ⅱ的ΔS= J·mol-1·K-1(保留小数点后1位)。 (2)恒压()、分子筛为催化剂、乙醇和水投料比1：1，反应相同时间后乙醚和乙烯的物质的量分数如下表(假设在100℃~300℃内催化剂活性保持不变)： 温度/℃ 100 150 200 250 300 CH2=CH2/(n%) 0.00 11.11 21.86 28.83 31.09 CH3CH2OCH2CH3/(n%) 6.25 5.56 4.69 1.60 0.81 已知：生成乙烯的反应机理如下： ①100℃时CH2=CH2的物质的量分数为0.00，试解释原因 。 ②若100℃该时间段反应已达平衡，试计算Ⅱ的平衡常数Kp= 。为乙醇的平衡分压，如，p为平衡总压，为平衡系统中CH3CH2OH的物质的量分数。 (3)恒压()和恒温(300℃)下，投入原料为乙醇和水，分别在NKC-03A、Syndol、γ−Al2O3等3种催化剂下进行反应，测定相同时间间隔，乙醇转化率与原料含水量的关系如图所示，下列说法正确的是_______。 A．a点可能为平衡状态 B．γ−Al2O3催化剂下，随原料含水量增加平衡左移，乙醇转化率下降 C．题给条件下，NKC-03A催化效果较好 D．原料含水量为40%、γ−Al2O3催化剂下，若将恒压改为恒容，其它条件不变，乙醇转化率可能增大 (4)如图表示反应Ⅰ和Ⅱ的ΔH-TΔS与T的关系，图中直线代表上述反应的 (填“反应Ⅰ”或“反应Ⅱ”)，在该图中画出另一个反应对应的直线 (假设、随温度的变化可忽略)。 (5)以Na2CO3、K2CO3熔盐为电解质，用多晶铜催化电解CO2和水蒸气也可获得乙烯，写出阴极电极方程式 。 12．(2025·浙江省北斗星盟高三联考)一定条件下，水气变换反应CO+H2OCO2+H2的中间产物是HCOOH。为探究该反应过程，研究HCOOH水溶液在密封石英管中的分解反应： Ⅰ．HCOOH(aq)CO(aq)+H2O(aq)(l)(快) ΔH1＝+26.4kJ·mol−1 Ⅱ．HCOOH(aq)CO2(aq)+H2(aq)(l)(慢) ΔH2＝-14.8kJ·mol−1 研究发现，在反应Ⅰ、Ⅱ中，H+仅对反应Ⅰ有催化作用；反应Ⅰ的速率远大于反应Ⅱ，近似认为反应Ⅰ建立平衡后始终处于平衡状态。忽略水的电离，其浓度视为常数。 (1)在该条件下，水气变换反应的焓变ΔH＝ 。 (2)反应Ⅰ的正反应速率方程为：，k为反应速率常数。T1温度下，HCOOH电离平衡常数为Ka，当HCOOH平衡浓度为xmol·L-1时，此时反应Ⅰ的速率v= 。(用Ka、x、k的代数式来表示) (3)①T2温度下，在密封石英管内完全充满1.0mol·L-1HCOOH水溶液，使HCOOH分解，分解产物均完全溶于水。碳物种浓度与反应时间的变化关系如图所示(忽略碳元素的其他存在形式)。t1时刻CO、CO2的浓度分别为0.70 mol·L-1、0.16 mol·L-1，反应Ⅱ达平衡，测得H2的浓度为0.50 mol·L-1，反应Ⅱ的平衡常数为 。 ②在相同条件下，下列说法正确的是 。 A．若反应起始时溶液中同时还含有0.10 mol·L-1盐酸，则图示a、b、c、d中，CO的峰值点可能是a或b B．若适当升高温度，则图示a、b、c、d中，CO的峰值点可能是a或b C．与不含盐酸相比，CO达到浓度峰值时，CO2浓度减小 D．与不含盐酸相比，CO达到浓度峰值时，的值减少 (4)工业上，水气变化的反应历程包含反应物分子在催化剂表面的吸附(快速)、反应物及产物分子脱吸附等过程。随着温度升高，在催化剂活性温度范围内，该反应的反应速率先增大后减小，其速率减小的原因 。 13．(2025·浙江省嘉兴市高三基础测试)工业制丙烯的方法有多种，回答下列问题： (1)直接脱氢反应I：CH3CH2CH3(g)CH3CH=CH2(g)＋H2(g) ΔH1。压强分别为和时，丙烷平衡转化率与温度的关系如图所示。该反应自发进行的条件是 (填“高温”“低温”或“任意温度”)，图中表示的关系曲线是 (填“a”或“b”)。520℃时，条件下丙烷的平衡转化率Y= ％(计算结果保留一位小数)。 [对于气相反应，用某组分B的平衡压强p(B)代替物质的量浓度c(B)也可表示平街常数，记作Kp (类似于浓度平衡常数K)，如，p为平衡总压强，x(B)为平衡体系中B的物质的量分数]。 (2)氧气氧化反应II： ①已知：2H2(g)＋O2(g)=2H2O(g) ΔH3，则ΔH2= (用含ΔH1、ΔH3的式子表示)。 ②研究发现丙烷和O2可在V2O5表面通过吸附、断键、成键及脱附等过程进行反应，某研究小组为探究反应II的机理，对进料和过程产品成分进行监测，记录见表。由此推测丙烷催化氧化反应过程的机理可能是 (用文字描述)。 实验 进料成分 检测记录 实验I CH3CH2CH3和18O2 初期气态产物无18O2 实验II CH3CH2CH3、CD3CD2CD3和O2 反应过程中无分子 (3)电化学法制丙烯工作原理如图所示，生成丙烯的电极反应式是 。产生丙烯，理论上需电流强度为的铅蓄电池至少工作 秒。 已知：电荷量电流时间(s)；；。 14．(2025·浙江省名校协作体三开学测试)乙酸是重要的有机化工原料之一，在一定条件下，甲醇气体和气体可以合成液态乙酸。该过程可能涉及的反应如下： 反应Ⅰ：CH3OH(g)＋CO(g)CH3COOH(l) ΔH1＝-173.5kJ·mol−1 反应Ⅱ：2CH3OH (g)＋3O2(g)2CO2(g)＋4H2O(l) ΔH2＝-1259kJ·mol−1 反应Ⅲ：CH3COOH(l)＋2O2(g)2CO2(g)＋2H2O(l) ΔH3 反应Ⅳ：2CO(g)＋O2(g)2CO2(g) ΔH4＝-566kJ·mol−1 按要求回答下列问题： (1)反应Ⅲ的ΔH3＝ ，反应Ⅱ自发进行条件是 (填“低温”、“高温”或“任何温度”)。 (2)在一个恒压密闭容器中加入0.20molCH3OH气体和0.22molCO气体发生反应I．测得甲醇的转化率随温度的变化关系如图1所示，其中曲线I表示在5个不同温度下，均经过5min时测得的甲醇的转化率变化曲线，曲线Ⅱ表示不同温度下甲醇的平衡转化率变化曲线，已知在T2温度下，达到平衡时容器的体积刚好为。 ①该反应达到平衡后，下列措施既能提高反应速率又能提高乙酸的产率的有 。 A．分离出部分乙酸　B．升高温度　C．缩小容器体积　D．改用高效催化剂 ②在温度为T2时，反应I的平衡常数为K= ③曲线Ⅱ在T1~T2阶段，甲醇转化率随温度变化降低的原因是 。 ④在温度为T1时，甲醇的物质的量随时间的变化如图2所示。在t1时刻加入高效催化剂，画出t1之后甲醇物质的量的变化曲线 。 (3)有科学家研究在通电条件下，由甲醇水溶液和CO来合成乙酸，阳极的电极反应式为 。 15．(2025·浙江省高三普通高校招生模拟选考科目模拟考试)1，3-丁二烯是合成橡胶和合成树脂的原料。请回答： (1)在573K，可通过使丁烯脱氢制取1，3-丁二烯： 反应I  C4H8(g)C4H6(g)＋H2(g)  ΔH1= +115.73 kJ∙mol−1 已知：该条件下，1mol H2完全燃烧所放出的热量为242kJ。 ①写出丁烯燃烧的热化学方程式 。 ②有利于提高C4H8平衡转化率的条件是 。 A．低温低压 B．低温高压 C．高温低压 D．高温高压 ③工业生产中，丁烯催化脱氢反应通常加入水蒸气反应，其理由是 。 (2)丁烯的氧化反应过程会有多个副反应同时发生，如下所示。各反应的吉布斯自由能(ΔG=ΔH-TΔS)随温度的变化关系如下表所示。 主反应I：1-C4H8 +O21，3-C4H6 + H2O 副反应I：1-C4H8iC4H8 副反应Ⅱ：1-C4H8c-2-C4H8 副反应Ⅲ：1-C4H8t-2-C4H8 副反应Ⅳ：1-C4H8+4O24CO+4H2O 副反应V：1-C4H8 + 6O24CO2 + 4H2O 副反应Ⅵ：1-C4H8 + 4O24CO2 + 4H2 各反应在不同温度下的吉布斯自由能ΔG 结合表格数据： ①在1000K下可能会非自发的反应是 ，判断依据是 。 ②分析上图中当温度超过600K时1，3-丁二烯产率几乎为零的原因 。 (3)某一温度下，丁烯催化脱氢制取丁二烯在20 L刚性容器内，冲入1mol反应气体，达到平衡后容器的压强从1000 Pa增大到1500 Pa，该条件下反应平衡常数 。 (4)一种微生物-光电化学弱酸性复合系统可高效实现固定CO2并转化为CH4，正极上的电极反应式是： 。 类型四 以氢能生产和利用为主 16．(2025·浙江省金丽衢十二校高三第一次联考)氢气是一种清洁能源，工业制氢有多种途径。 (1)利用水煤气转化法制氢涉及的反应如下： 反应I：C(s)＋H2O(g)CO(g)＋H2(g) ΔH＞0 反应Ⅱ：CO(g)＋H2O(g)CO2(g)＋H2(g) ΔH＜0 在一定温度下，向容积固定为2L的密闭容器中加入足量的C(s)和1molH2O(g)，起始压强为2MPa，发生反应I和Ⅱ。10 min后达到平衡，此时H2O(g)的转化率为70%，CO的物质的量为0.1mol。 ①反应I能自发进行的条件是 (填“高温”、“低温”或“任意温度”)。 ②下列说法正确的是 。 a．增大C(s)的用量，反应I生成CO的速率增大 b．混合气体的密度保持不变时，说明反应Ⅱ已达到平衡 c．平衡时H2的体积分数可能大于三分之二 d．除去体系中的CO2可提高平衡时H2的含量 ③此温度下反应Ⅱ的化学平衡常数Kp= (用平衡分压代替平衡浓度，气体分压=总压×气体的物质的量分数)。 (2)另一种绿色环保制氢技术“Fe-HCO3--H2O热循环制氢和甲酸”的原理为：在密闭容器中，铁粉与吸收CO2制得的NaHCO3溶液反应，生成H2、HCOONa和Fe3O4；Fe3O4再经生物柴油副产品转化为Fe。实验中发现，在300℃时，密闭容器中NaHCO3溶液与铁粉反应初期有FeCO3生成并放出H2。随着反应进行，FeCO3迅速转化为活性Fe3O4-x，活性Fe3O4-x是HCO3-转化为HCOO-的催化剂，其可能反应机理如图所示。 ①下列叙述正确的是 。 a．电负性O＞H＞Fe，因此吸附在O2-上的H略带正电 b．升高温度生成HCOO-的反应速率一定加快 c．吸附在Fe2+上的H原子在步骤Ⅰ后生成了水 d．该制氢技术绿色环保原因之一是铁可以循环利用 ②在其他条件相同时，测得Fe的转化率、HCOO-的产率随cHCO3-变化如图所示。 请分析HCOO-的产率随cHCO3-增加而增大的可能原因是 。 (3)电解水制“绿氢”的技术也不断被突破，科技工作者设计了耦合HCHO高效制H2的方法，相同电量下H2理论产量是传统电解水的2倍，其装置如下图所示。则阳极电极反应式为 。 17．(2025·浙江省Z20名校联盟高三开学考试)氢能是一种极具发展潜力的绿色能源，高效、环保的制氢方法是当前研究的热点问题。 请回答： (1)甲烷水蒸气重整制氢： I．CH4(g)＋H2O(g)CO(g)＋3H2(g) ΔH1＝+206kJ·mol−1 Ⅱ．CO(g)＋H2O(g)CO2(g)＋H2(g) ΔH2＝-41kJ·mol−1 总反应：CH4(g)＋2H2O(g)CO2(g)＋4H2(g)能自发进行的条件是 。 A．低温 B．高温 C．任意温度 D．无法判断 (2)恒定压强为时，向某密闭容器中按n(CH4)：n(H2O)=1：3投料，600℃时平衡体系中部分组分的物质的量分数如下表所示： 组分 CH4 H2O H2 CO2 物质的量分数 ①下列措施中一定能提高H2平衡产率的是 。 A．选择合适的催化剂 B．移除部分 C．向体系中投入少量 D．恒温恒压下通入气体Ar ②用各组分气体平衡时的分压代替浓度也可以表示化学反应的平衡常数(Kp=)，600℃时反应I的平衡常数为Kp= (结果保留两位小数，已知气体分压=气体总压×各气体的体积分数)。 (3)硼氢化钠(NaBH4)水解制氢：常温下，NaBH4自水解过程缓慢，需加入催化剂提高其产氢速率。NaBH4H4在某催化剂表面制氢的微观过程如图所示。 ①根据上图写出NaBH4水解制氢的离子方程式 。 ②其他条件相同时，测得平均每克催化剂使用量下，NaBH4浓度对制氢速率的影响如下图所示。(已知：浓度较大时，NaB(OH)4易以NaBO2形式结晶析出。) 分析NaBH4质量分数超过后制氢速率下降的可能原因 。 ③NaBH4转化为NaBO2后，电解NaBO2溶液又可制得NaBH4，实现物质的循环利用，电解装置如图所示。 阴极上的电极反应式是 。 22 / 22 学科网（北京）股份有限公司 $$ 大题03 化学反应原理综合题(分类过关) 类型一 以二氧化碳综合利用为主体 1．(2025·浙江省第一届NBchem高三选考模拟考试)CO2的综合利用 空气中的CO2体积分数仅为(：百万分之一)。对空气中的CO2进行捕集和富集，是实现CO2封存或将其转化为其他有用产物的关键步骤。 科学家发明了一种由阴离子交换树脂-碳纳米管构成的膜分离装置(如下图所示)可以连续去除空气中的CO2，在富集CO2的同时获得基本不含CO2的空气。除去CO2的空气可用于碱性燃料电池。这种薄膜兼具离子和电子传导性能，膜的侧通入含CO2的空气，侧通入少量H2；经过反应后，侧得到基本不含CO2的空气，CO2转化成了HCO3-；侧得到较高浓度的CO2。 (1)写出侧CO2转化成HCO3-和侧释放CO2的反应方程式。 ： 。 ： 。 (2)对该分离装置工作原理描述正确的是_______。 A．需要外加电源供电 B．本质上是燃料电池，会对外供电 C．既不需要外加电源，也不对外供电 D．以上说法都不对 (3)复合膜中加入碳纳米管的作用是什么 。 (4)该装置在下工作，通入的空气和H2压力均为。侧的空气流量为，其中的CO2浓度为，要将空气中的CO2浓度降低至，计算侧通入的氢气流量至少需要多少？ 。 如下图所示，铵盐型碱性离子交换树脂也可以吸收CO2，并通过改变湿度的方法使吸收的CO2脱出。低湿度下树脂具有CO2吸收能力，通过反应1吸收CO2；通入水蒸气增加湿度后，会释放部分吸收的CO2 (反应2)；降低湿度可以使树脂再生CO2吸收能力(反应3)。图中A、B、C、D代表与铵盐以化学键或物理吸附方式结合的分子或离子。它们可能相同，也可能不同。 (5)写出A、B、C、D代表的物种 。 (6)在反应2中，解释增加湿度为何会使CO2释放 。 【答案】(1)A侧：O2+2H2O+4CO2+4e-=4HCO3- B侧：H2+2HCO3--2e-=2H2O+2CO2 (2)C (3)使复合膜具有电子传输能力或增加复合膜的导电性 (4) 5.94×10-4L/ min (5)A：HCO3-    B：HCO3-    C：CO32-    D：H2O (6)高湿度通过水合作用(或氢键)稳定CO32- 【解析】(1)膜的A侧通入含CO2的空气，经过反应后，A侧得到基本不含CO2的空气，CO2转化成HCO3-，空气中含有O2，说明该过程中O2得到电子生成HCO3-，反应方程式为：O2+2H2O+4CO2+4e-=4HCO3-；B侧H2转化为H2O，同时释放CO2，反应方程式为：H2+2HCO3--2e-=2H2O+2CO2。(2)该装置中O2在A侧得到电子，H2在B侧失去电子，总反应为O2和H2反应生成H2O，为自发的反应，不需要外加电源供电，由于该装置中没有可以导电的电极，无法构成燃料电池，不能对外供电，故选C。(3)阴离子交换树脂-碳纳米管构成的膜分离装置兼具离子和电子传导性能，复合膜中加入碳纳米管的作用是：使复合膜具有电子传输能力或增加复合膜的导电性。(4)由(1)中计量关系，H2~2CO2，f(H2)=f(CO2)= f(空气)×c(CO2)=×3.00×(400-4)×10-6=5.94×10-4L/ min。(5)由图可知，反应1中HCO3-不和CO2反应，A为HCO3-，OH-和CO2反应生成B，反应2中B脱去CO2可以转化为H2O和CO32-，可以推知B为HCO3-，C为CO32-，D为H2O。(6)在反应2中，增加湿度会使CO2释放的原因是：高湿度通过水合作用(或氢键)稳定CO32-。 2．(2025·浙江省精诚联盟高三适应性联考)CO2资源化具有重要现实意义，相关技术研发是当前科技界研究的热点。其中，将CO2转化为有机物从而实现碳循环的常见方法有。 合成尿素：2NH3(g)＋CO2(g)CO(NH2)2(l)+H2O(g)   ① 氢化制烷：CO2(g)＋4H2(g)CH4(g)＋2H2O(g)   ② 催化制烯：2CO2(g)＋6H2(g)CH2=CH2(g)＋4H2O(g)  ③ 氢化制酸：2CO2(g)＋H2(g)HOOCCOOH(g)  ④ (1)上述转化方法中，原子利用率最高的是_______。 A．反应① B．反应② C．反应③ D．反应④ (2)一定条件下，反应①通过以下两步实现：2NH3(g)＋CO2(g) NH2COONH4(l) ΔH1；NH2COONH4(l)CO(NH2)2(l)+ H2O(g) K2。那么ΔH1 0(填“>”“<”或“=”)，平衡常数K2的表达式为 。 (3)在2L的恒温恒容密闭容器中，充入3molH2(g)和2 molCO2(g)后控制实验条件使之发生上述反应②，测得2 min时容器内气体压强降至初始压强值的80%。则2 min时CO2的转化率为 。 (4)在催化剂、0.1MPa时，CO2和H2按物质的量1：3投料并发生反应③。图1是匀速升温过程中体系CH2=CH2的体积分数(%)与温度(T)的关系，图2是平衡状态下四种气态物质的物质的量(n)与温度(T)的关系。 下列说法不正确的是_______。 A．反应③能自发进行的条件是高温 B．曲线a、c表示的物质分别为CH2=CH2和CO2 C．除改变温度外，增大压强或及时分离水蒸气也能提高CH2=CH2平衡产率 D．T1时CH2=CH2体积分数达到最大值，说明反应体系恰好达到平衡状态 (5)除方法④外，H2C2O4也可采用微生物电催化的方法制备，装置如下图，阳极区的电极反应式为 。实验发现，当体系升高到一定温度后，装置反应速率会明显下降，原因是 。 【答案】(1)D (2) < cH2O (3)25% (4)AD (5) 4CO32-+2H2O-4e-=O2↑＋4HCO3- 温度过高使微生物催化能力降低(或催化剂失活) 【解析】(1)上述转化方法中，只有氢化制酸的反应为化合反应，原子利用率为100%，其他均有副产物生成，故答案为D；(2)反应2NH3(g)＋CO2(g) NH2COONH4(l) ΔH1为化合反应，所以ΔH1＜0；由平衡常数意义可知，NH2COONH4(l)CO(NH2)2(l)+ H2O(g)的平衡常数表达式K2=c(H2O)；(3)设2min时消耗的CO2的物质的量为x，三段式： 2min时n总=2-x+3-4x+x+2x=5-2x，则，解得x=0.5mol，所以2 min时CO2的转化率；(4)A项，反应③CO2(g)＋6H2(g)CH2=CH2(g)＋4H2O(g)正反应为气体体积减小的反应，ΔS＜0，由图2可知，升温平衡时氢气的物质的量逐渐升高，说明平衡后升温，平衡逆向移动，正反应为放热反应，ΔH＜0，由ΔG=ΔH-TΔS＜0可知，能自发进行的条件是低温，故A错误； B项，正反应为放热反应，平衡后升温，氢气的物质的量逐渐增大，平衡逆向移动，则CO2的物质的量也逐渐增大，而乙烯和水的物质的量减小，且由化学计量数可知，乙烯的物质的量比水小，所以曲线a、c表示的物质分别为CH2=CH2和CO2，故B正确； C项，正反应为气体体积减小的反应，其他条件一定，增大压强平衡正向移动，CH2=CH2平衡产率增大，及时分离水蒸气，平衡正向移动，CH2=CH2平衡产率增大，所以除改变温度外，增大压强或及时分离水蒸气也能提高CH2=CH2平衡产率，故C正确；D项，由图1可知，压强恒为0.1Mpa时，图示中只测试了一定温度间隔的乙烯的体积分数，可能在低于T1或高于T1的某个温度CH2=CH2体积分数达到最大值，所以T1反应体系不一定达到平衡状态，故D错误；故选AD；(5)CO2转化为H2C2O4时，碳元素化合价由+4价降低为+3价，发生还原反应，所以石墨电极为阴极，钛网电极为阳极，阳极水电离的氢氧根失去电子：2H2O-4e-=O2↑+4H+，生成的H+结合碳酸根：H++CO32-=HCO3-，所以阳极区电极反应式为4CO32-+2H2O-4e-=O2↑＋4HCO3-；该装置采用微生物电催化，温度过高使微生物催化能力降低(或催化剂失活)，所以当体系升高到一定温度后，反应速率会明显下降。 3．(2025·浙江省强基联高三联考)CO2作为重要的温室效应气体，开发“碳捕获”技术，利用其生产其他化工产品是当前化工领域的热门方向。 Ⅰ．CO2催化加氢合成甲醇是重要的碳捕获利用与封存技术，该过程主要发生下列反应： 反应①CO2(g)＋3H2(g)CH3OH(g)＋H2O(g) ΔH1＝-49.5kJ·mol−1 K1 反应②CO2(g)＋H2(g)CO(g)＋H2O(g) ΔH2＝+41.2kJ·mol−1 K2 (1)反应③的平衡常数，其热化学方程式为 。 (2)在密闭容器中，维持压强和投料比不变，平衡时CO和CH3OH(g)在含碳产物中物质的量分数及CO2的转化率随温度的变化如图所示。 ①图中代表CO的物质的量分数随温度变化的曲线为 (填“Ⅰ”或“Ⅱ”)。 ②250℃后，CO2的转化率随温度升高的原因是 。 ③在压强为p的恒温恒压密闭容器中加入2 molCO2和6 molH2反应，达到平衡状态时CO2的转化率为40%，生成CO的物质的量为0.6 mol，反应①在该温度下的压强平衡常数Kp= (列计算式，分压=总压×物质的量分数)。 Ⅱ．2021年9月，我国科学家首次以二氧化碳为原料，经多步反应(如图)人工合成淀粉。前两步，是先将二氧化碳还原为甲醛。 (3)写出“CO2→HCHO”总反应的化学方程式： 。 Ⅲ．近年，科学家发现，可用光电化学法将CO2还原为有机物实现碳资源的再生利用，其装置如下左图所示，其他条件一定时，恒定通过电解池的电量，电解得到的部分还原产物的法拉第效率()随电解电压的变化如下图所示： (4)当电解电压为U1V时，阴极主要的电极反应式为 。 【答案】(1) CO(g)＋2H2(g)CH3OH(g) ΔH＝-90.7kJ·mol−1 (2)Ⅱ 反应①放热，反应②吸热，后升温使反应②平衡正向移动的程度大于反应①平衡逆向移动的程度 (3)CO2+3H2+H2O2=CH2O+3H2O (4) CO2＋4H＋＋4e-=HCHO+H2O 【解析】(1)根据反应③的平衡常数，可知反应③等于反应①减去反应②，其热化学方程式为CO(g)＋2H2(g)CH3OH(g) ΔH＝-90.7kJ·mol−1。(2)①CO2(g)＋H2(g)CO(g)＋H2O(g)为吸热反应，随着温度升高，CO的物质的量分数增大，故代表CO的曲线为Ⅱ。②250℃后，CO2的转化率随温度升高的原因是反应①放热，反应②吸热，250℃后升温使反应②平衡正向移动的程度大于反应①平衡逆向移动的程度。③参加反应物质的量： 达到平衡时，CO2、H2、CH3OH、H2O、CO的物质的量分别为1.2mol、4.8mol、0.2mol、0.8mol、0.6mol，则达到平衡状态时，容器中物质的量：；该温度下反应①的压强平衡常数。(3)由图可知，“CO2→HCHO”总反应的化学方程式：CO2+3H2+H2O2=HCHO+3H2O。(4)由图可知，当电解电压为U1V时，阴极生成HCHO，电极反应式为CO2＋4H＋＋4e-=HCHO+H2O。 4．(2025·浙江部分高中高三开学考试) “碳循环”是指碳元素在地球上的生物圈、岩石圈、水圈及大气圈中交换，并随地球的运动循环不止的现象。请回答： I．通过捕捉工业废气中的CO2，再将其合成甲醇，这种甲醇被称为零碳燃料。其合成甲醇的反应为：CO2(g)＋3H2(g)CH3OH(g)＋H2O(g) (1)该反应正反应活化能Ea1比逆反应活化能Ea2 (填“大”、“小”或“无法确定”)，理由是 。 (2)一定温度下，向恒容密闭容器中通入2molCO2(g)和5molH2(g)，初始压强为P0，体系达到平衡状态时CO2的体积分数为20%。 ①下列说法正确的是 。 A．平衡时，CO2气体的转化率为80% B．升高体系温度，导致正反应速率减小，逆反应速率增大 C．当混合气体的密度保持不变时，无法说明反应已达到平衡状态 D．为提高甲醇的产率与反应速率，可通过选择性分离膜不断分离甲醇来实现 ②对于气体参与的反应表示平衡常数Kp时用气体组分(B)的平衡压强p(B)代替该气体物质的量浓度cB。在温度下，合成甲醇反应的平衡常数 。 Ⅱ．“碳循环”在一定程度上推动了“氮循环”。其中铵盐是一类重要的含氮化合物，应用广泛。如NH4Al(SO4)2可用作净水剂、食品添加剂；NH4HSO4用于定量分析医药和电子产业中。 (3)在下，0.1 mol·L－1 NH4Al(SO4)2溶液中c(NH4＋)= amol·L－1，0.1 mol·L－1 NH4HSO4溶液中c(NH4＋)= b mol·L－1，则a b(填“>”、“<”或“=”)。 (4)如图是0.1 mol·L－1的几种电解质溶液的pH随温度变化的曲线。在25℃下，0.1 mol·L－1 NH4Al(SO4)2溶液中2c(SO42-)-c(NH4+)-3c(Al3+)= mol·L－1 (填准确值) 【答案】(1) 小 因为反应自发，ΔS＜0，则ΔH＜0，又因为ΔH=Ea1- Ea2，所以Ea1＜Ea2 (2) C (3)< (4) 10-3-10-11 【解析】(1)因为反应自发，ΔS＜0，则ΔH＜0，又因为ΔH=Ea1- Ea2，所以Ea1＜Ea2，答案为小；因为反应自发，ΔS＜0，则ΔH＜0，又因为ΔH=Ea1- Ea2，所以Ea1＜Ea2；(2)一定温度下，向恒容密闭容器中通入2molCO2(g)和5molH2(g)，初始压强为P0，体系达到平衡状态时CO2的体积分数为20%，设CO2的转化率为x，根据三段式有： ，x=0.5，平衡时各气体的物质的量分别为2mol-1mol=1mol，5mol-3mol=2mol，1mol，1mol，总物质的量为4mol，压强为；①A项，平衡时，CO2气体的转化率为50%，故A错误；B项，升高体系温度，正反应速率、逆反应速率均增大，故B错误；C项，反应恒容密闭容器中进行且反应物均为气体，密度始终保持不变，故当混合气体的密度保持不变时，无法说明反应已达到平衡状态，故C正确；D项，通过选择性分离膜不断分离甲醇，平衡正向移动，可提高甲醇的产率，但反应速率减小，故D错误；故选C；②对于气体参与的反应表示平衡常数Kp时用气体组分(B)的平衡压强p(B)代替该气体物质的量浓度cB。在温度下，合成甲醇反应的平衡常数==；(3)NH4Al(SO4)2与NH4HSO4中的NH4+均发生水解，但是NH4Al(SO4)2中Al3+水解呈酸性抑制NH4+水解，HSO4-电离出H+同样抑制NH4+水解，因为HSO4-电离生成的H+浓度比Al3+水解生成的H +浓度大，所以NH4HSO4中NH4+水解程度比NH4Al(SO4)2中的小，溶液中铵根离子浓度，b> a；(4)25℃下，0.1 mol·L－1 NH4Al(SO4)2溶液中pH=3，c(OH-)=10-11mol/L，根据电荷守恒，阳离子所带的正电荷总数等于阴离子所带的负电荷总数，2c(SO42-)+ c(OH―)=c(NH4+)-3c(Al3+)+ c(H＋)，可以求出2c(SO42-)-c(NH4+)-3c(Al3+)=cH＋- cOH－=10-3mol/L -10-11mol/L =(10-3-10-11)mol/L 。 5．(2025·浙江省强基联高三联考)利用CO2合成甲醇是实现“碳中和”的重要途径之一，CO2加氢制甲醇的主要反应为： ①CO2(g)＋H2(g)CO(g)＋H2O(g) ΔH1＝+41.2kJ·mol−1 ②CO(g)＋2H2(g)CH3OH(g) ΔH2＝-127.4kJ·mol−1 (1)反应①的 (填“大于”“小于”或“等于”)0，理由是 。 (2)200℃下，在恒温恒容容器中通入一定量的CO2和H2，反应①达到平衡的标志为___________。 A．v正(H2)= v逆(CO) B．混合气体的密度不再改变 C．n(CO)：n(CO2)不再变化 D．容器中气体的平均摩尔质量不再变化 (3)200℃，下，将一定比例CO2和H2混合气体通入装有催化剂的绝热反应管。装置中L1、L2、L3……位点处(相邻位点距离相同)的气体温度、CO和CH3OH的体积分数如图所示。 至L2位点处CO的体积分数逐渐升高，L2位点后CO的体积分数几乎保持不变，请说明理由： 。 (4)某研究小组自制甲醇燃料电池，电解质是KOH溶液，负极反应式是 。该电池以3.2A恒定电流工作48分钟，消耗CH3OH0.64g，该电池化学能转化为电能的转化率为 。[电荷量q(C)=电流I(A)×时间t(s)；；] 【答案】(1)大于 该反应ΔH＞0，且能发生，则ΔS＞0 (2)CD (3) L1至L2位点处反应①生成CO的速率大于反应②消耗CO的速率，CO的体积分数逐渐升高；L2位点后，反应①生成CO的速率等于反应②消耗CO的速率，CO的体积分数不变 (4) CH3OH+8OH--6e-=CO32-＋6H2O 80% 【解析】(1)反应①的ΔH＞0，且能发生，根据自发进行的综合判据ΔG=ΔH-TΔS＜0，熵增、焓减的反应能发生，则ΔS＞0；(2)A项，反应速率之比等于系数比，达到平衡时正逆反应速率相等，反应②中氢气和CO的系数不相同，说明消耗氢气与消耗CO的反应速率不相等，则v正(H2)= v逆(CO)不能说明反应①达到平衡，A不符合题意；B项，在恒温恒容容器中体积不变，由质量守恒定律，混合气体总质量不变，则混合气体的密度一直不变，不能说明反应①达到平衡，B不符合题意；C项，通入一定量的CO2和H2，反应①每消耗1mol二氧化碳就生成1molCO，而反应②中消耗CO，则n(CO)：n(CO2)是一变量，当n(CO)：n(CO2)不再变化能说明反应①达到平衡，C符合题意；D项，反应②中前后气体系数和不相等，说明混合气体的总物质的量发生变化，而气体的总质量不变，则气体的平均摩尔质量是变量，当容器中气体的平均摩尔质量不再变化能说明反应①达到平衡，D符合题意；故选CD；(3)L1至L2位点处CO的体积分数逐渐升高，L2位点后CO的体积分数几乎保持不变，原因是L1至L2位点处反应①生成CO的速率大于反应②消耗CO的速率，CO的体积分数逐渐升高；L2位点后，反应①生成CO的速率等于反应②消耗CO的速率，CO的体积分数不变；(4)甲醇燃料电池，电解质是KOH溶液，正极是氧气得电子生成OH-，负极是甲醇失去电子生成碳酸根离子，负极反应式是CH3OH+8OH--6e-=CO32-＋6H2O，消耗CH3OH0.64g即物质的量为，所带电荷量为：6×0.02mol×6×1023mol-1×1.6×10-19 C = 11520 C，该电池以3.2A恒定电流工作48分钟，根据电荷量q(C)=电流I(A)×时间t(s)，则工作电荷量为：3.2×48×60=9216C，则该电池0.49L将化学能转化为电能的转化率为：。 类型二 以氮、硫元素转化为主体 6．(2025·浙江省9+1高中联盟高三联考)氮及其化合物与人类生产、生活密切相关。氨催化氧化制NO是工业制备硝酸的核心过程： 主反应：4NH3(g)+5O2(g)4NO(g)+6H2O(g)AH=-905kJ/mol 副反应：4NH3(g)+3O2(g)2N2(g)+6H2O(g)AH=-1268kJ/mol 而在雷电的作用下，氮气被氧气直接氧化成NO，最终转化成硝酸。 (1)写出氮气与氧气反应生成NO的热化学方程式： 。 (2)在20个大气压、铁触媒的作用下，经历相同时间反应产物的产率和温度的关系如下表所示： t/℃产率% 450 550 650 750 800 850 900 950 1000 …… NO 19.0 37.5 62.5 81.5 96.5 96.5 93.1 85.5 73.0 …… N2 61.5 37.5 18.1 6.4 1.5 2.0 6.7 12.0 25.1 …… 下列说法不正确的是_______。 A．工业上进行氨催化氧化生成NO时，温度应控制在800C~850℃ B．活化能大小：主反应≤副反应 C．降温降压一定能提高NO的平衡产率 D．选择合适的催化剂，可以提高NO的选择性 (3)硝酸生产中的尾气主要是NO，对环境的影响很大。氨气的催化还原法是常见的处理方法之一。其中用NH3消除NO污染的反应原理为：4NH3+6NO=5N2+6H2O。不同温度条件下，NH3与NO的物质的量之比分别为1：1、2：1、3：1时，经历相同时间得到NO脱除率曲线如下图1所示： ①曲线c对应NH3与NO的物质的量之比是 。 ②解释800°C以后曲线b中NO的脱除率先降后升的可能原因是 。 (4)电解法可以将NO，与另一污染性气体SO2转化为硫酸铵，从而实现废气的回收再利用。电解原理如下图所示： ①计算常温下0.01mol/L的(NH4)2SO4的pH值为 (已知：Kw=1.0×10-14 Kb(NH3·H2O)=1.8×10-5 ，lg3=0.48) ②若通入NO2，其电极反应式为 。 【答案】(1)N2(g)+O2 (g)2NO(g) △H=+181.5kJ/mol (2)BC (3)1：1 800℃以后NO脱除率下降的原因可能是温度过高，导致催化剂活性下降；1200℃以后NO的脱除率略有升高可能是高温下NO自身分解程度增加 (4) 5.48 NO+7e-+8H+=NH4++2H2O 【解析】(1)根据盖斯定理，(主反应-副反应)得反应N2(g)+O2(g)2NO(g) ，故△H=+181.5kJ/mol。(2)A项，根据表格数据可知，800℃~850℃时NO的产率较高，则进行氨催化氧化生成NO时，温度应控制在800C~850℃，A正确；B项，活化能越小反应越快，活化能越大反应越慢，根据表格可知，副反应的速率大于主反应，故副反应的活化能较小，B错误；C项，由于体系中两个反应的同时存在，压强的减小对两个反应的影响程度不同，有可能造成对副反应的影响更大，导致NO的选择性下降，C错误；D项，合适的催化剂可以提高反应的选择性，D正确。故选BC；(3)①氨气的浓度越大，速率越快，NO的脱除率越高；c曲线NO的脱除率最低，因此投料比为1：1；②脱除率下降的原因是800℃以后NO脱除率下降的原因可能是温度过高，导致催化剂活性下降；1200℃以后NO的脱除率略有升高可能是高温下NO自身分解程度增加。(4)①根据铵根离子的水解方程式：，，可得c(H+)=，c(H+)=mol/L，则pH=5.48；②由图，NO2在阴极失电子发生还原反应转变成铵根离子，根据元素守恒和电荷守恒即可得NO2+7e-+8H+=NH4++2H2O。 7．(2025·浙江省富阳中学高三选考模拟)氮是自然界的重要元素之一，研究氮及其化合物的性质，以及氮的利用对解决环境和能源问题都具有重要意义。已知1mol物质中的化学键断裂所需能量如下表： 物质 N2(g) O2(g) NO(g) 能量/kJ 945 497 635 完成下列填空： (1)设体系中只存在如下反应： i．N2(g)＋O2(g)2NO(g) ΔH1 ii．2NO(g)＋O2(g)2NO2(g) ΔH2 iii．NO(g)＋O3(g)2NO2(g)＋O2(g) ΔH3 ①计算∆H1= 。 ②一定温度下于恒容密闭容器中充入N2(g)和O2(g)，下列可能降低上述体系中浓度的有 (填序号) a． 缩小容器体积 b． 加入催化剂 c． 移除NO  d． 充入He(g) ③向2L恒容密闭容器充入0.4molNO(g)和0.6molO3(g)发生反应iii，测得NO(g)的体积分数x(NO)与温度和时间的关系如图甲，速率方程，其中、为速率常数，仅与温度、催化剂有关，与浓度无关。 i. a点的转化率为 %， 。(选填“<”、“>”或“=”) ii. 下列说法正确的是 。 A．a点正逆反应活化能大小：  E正＞E逆 B．化学反应速率：c点v正>b点v逆>a点v逆 C．b点O2产率为50% D．平均相对分子质量：M(a)=M(b)>M(c) ④已知分子中的大键可用符号表示，其中m代表参与形成大键的原子数，n代表大键中的电子数，则O3中的大键可表示为 ，NO2与O3结构相似，但NO2易二聚生成N2O4而O3不会，试从结构上分析其原因 。 (2)工业上用天然气处理，消除发生的反应为2NO2(g)＋CH4(g)CO2(g)＋N2(g)＋2H2O(g)在一定温度下向恒容密闭容器充入1mol CH4 (g)和2molNO2(g)发生上述反应，起始时测得总压强为90kPa，N2(g)的分压与时间关系如图乙所示 ①0至10min内NO2(g)的分压变化速率为 kPa/min。 ②该温度下，反应的平衡常数Kp= 。(气体分压=总压强×物质的量分数) (3)氮在有机物研究的发展中也举足轻重。传统制造尼龙66的原料己二腈，通常以乙炔和甲醛经过很长路线才能合成，现改用电合成法，通过弱酸条件下电解丙烯腈溶液合成，大大提高了生产效率。请写出电解过程中，阴极的反应方程式 。“凡火药，硫为纯阳，硝为纯阴∙∙∙∙∙∙以乾坤出神物也”，现在黑火药的使用已渐渐被取代，以三硝酸甘油酯为例，请写出其加热后生成4种无毒无害气体的化学方程式 。 【答案】(1) +172kJ/mol c 75 < BC O3和NO2中心原子均为sp2杂化，O3的一个sp2轨道容纳孤电子对不易成键，的一个sp2轨道容纳单电子易成键 (2) 2 1.25kPa (3)2H++2CH2=CHCN+2e-=NC(CH2)4CN 46N2↑+12CO2↑+10H2O↑+O2↑ 【解析】(1)①ΔH1=反应物总键能-生成物总键能=；②a项，缩小体积，所有物质浓度均增大，a不符合题意； b项，加入催化剂，只改变反应速率，平衡不发生移动，因此平衡时NO浓度不变，b不符合题意；c项，移除NO，NO浓度降低，c符合题意；a项，在恒温恒容密闭容器中充入He(g)，平衡不发生移动，因此平衡时NO浓度不变，d不符合题意；故选c；③分析图像，T1时反应先达到平衡，故T1＞T2，温度高时，x(NO)大，说明升温反应逆向移动，因此ΔH＜0；i．设反应的(g)的物质的量为xmol，用三段式计算， a点的体积分数为，x=0.3，因此a点的转化率为；由得，当v正=v逆时，， 由图分析可知，T1＞T2，ΔH＜0，因此温度越高，K越小，则＜；ii．A项，由图分析可知，ΔH＜0，故a点正逆反应活化能大小：E正＜E逆，A错误；B项，T1＞T2，c点未达平衡，b点达平衡，正逆反应速率相等且小于c点，b点温度和反应物浓度均大于a点，反应速率大于a点，故化学反应速率：c点v正>b点v逆>a点v逆，B正确；C项，设反应的(g)的物质的量为ymol，用三段式计算： b点的体积分数为，y=0.2，因此b点O2的产率为，C正确； D项，平均相对分子质量：，反应iii反应物与生成物全是气体，因此质量守恒，又因为反应前后气体分子系数不变，M(a)=M(b)=M(c)，D错误；故选BC；④O3中心原子为sp2杂化，呈V形，中心氧原子提供一对电子，两个配位氧原子各提供一个电子，形成1个分子平面的大π键，因此O3中的大π键应表示为；O3和中心原子均为sp2杂化，O3的一个sp2轨道容纳孤电子对不易成键，的一个sp2轨道容纳单电子易成键，因此易二聚生成而O3不会。(2)①0～10min内N2的分压变化速率为=1kPa•min-1，相同时间内NO2的分压变化速率是N2的分压变化速率的2倍，所以0～10min内NO2的分压变化速率为2kPa•min-1。②恒温恒容条件下，气体的压强之比等于其物质的量之比，在一定温度下，充入1molCH4和2molNO2，起始时测得总压强为90kPa，CH4为30kPa，NO2为60kPa。则可建立如下三段式： 该温度下，平衡常数Kp==1.25kPa。 (3)阴极得到电子，因此电极反应式为：2H++2CH2=CHCN+2e-=NC(CH2)4CN；三硝酸甘油酯加热后生成4种无毒无害气体分别为N2、CO2、H2O、O2的化学方程式46N2↑+12CO2↑+10H2O↑+O2↑。 8．(2025·浙江省湖州、衢州、丽水高三三地市一模)近年来，氨(NH3)作为一种无碳能源吸引了越来越多的关注。 (1)已知N≡N≡、H-H和N-H的键能如下： 化学键 N≡N H-H N-H 键能(kJ·mol−1) 946 436 390.8 合成氨反应的N2(g)＋3H2(g)2NH3(g) ΔH＝ kJ·mol−1。 (2)某新型催化剂作用下，向密闭容器中充入5 molN2和15 molH2，在温和条件下合成NH3，在催化剂活性范围内，相同时间内测得体系中N2的物质的量与温度、压强的关系如图1所示。 ①p2 p1(填“>”、“<”或“=”)。 ②对于气相反应，用某组分B的平衡压强p(B)代替物质的量浓度cB也可表示平衡常数，记作Kp，如，p为平衡总压，为平衡系统中B的物质的量分数。温度为T1时，该反应的平衡常数Kp = MPa-2 (列出计算式，不需计算结果)。 ③投料比一定时，随着温度升高，不同压强下N2的物质的量趋向相等，其主要原因是 。 (3)酸性条件下，一种电催化氮还原反应(NRR)机理及相对能量变化如图2、3所示。 下列说法正确的是___________。 A．反应时，N≡N完全断裂后再与H+结合 B．H+浓度过大，会发生2H＋＋2e-=H2↑的副反应 C．氨气浓度减小，反应速率可能增大 D．电催化氮还原反应的控速步为：N2*+H++e-=N2H* (4)直接氨燃料电池是实现“氨经济”的重要应用，原理示意图如图4，氨转化为无污染物质，则A电极的电极反应式： 。 【答案】(1)-90.8 (2) > 或 压强对平衡的影响小于温度对平衡的影响 (3)BCD (4) 2NH3+6OH--6e-=N2＋6H2O 【解析】(1)反应热ΔH＝反应物的总键能-生成物的总键能，故；(2)①合成氨的反应为正向气体体积缩小的反应，增大压强，平衡正向移动，N2的物质的量逐渐减小，结合图像可知，p2＞p1；②根据图像可知Q点处于平衡状态，此时N2的物质的量为3mol，p=1.6MPa，列三段式可得： 则，,，则；③投料比一定时，随着温度升高，不同压强下N2的物质的量趋向相等，说明平衡主要受温度的影响，即压强对平衡的影响小于温度对平衡的影响；(3)A项，由图2可知反应过程中，与H+结合时，N≡N每次断裂1个键，A项错误；B项，结合反应机理可知，H+浓度过大，可能会发生H+得电子生成氢气的副反应，B项正确；C项，氨气浓度减小，反应正向进行的程度增大，反应速率可能增大，C项正确；D项，活化能最大的步骤为反应的决速步，由图3可知该过程的决速步为N2*+H++e-=N2H*，D项正确；故选BCD；(4)由图可知，在A电极上NH3失电子转化为N2，A极为负极，电极反应为2NH3+6OH--6e-=N2＋6H2O。 9．(2025·浙江省五校高三联考)煤燃烧过程中会产生大气污染物CO、NO，研究氮氧化物的消除和CO2资源再利用是目前研究的热点之一。 (1)用惰性电极(Pt)电解CO2吸收液(假设溶液成分为饱和NaHCO3溶液)，阴极区通入CO2可以制得HCOONa，请写出阴极的电解电极方程式 。 (2)已知：2CO(g)＋2NO(g)2CO2(g)＋N2(g)，CO、NO在铁催化剂表面进行如下两步反应： 反应I：_______________ 反应II：CO+Fe=FeO+CO2 ①2CO(g)＋2NO(g)2CO2(g)＋N2(g)反应自发进行的条件为： 。 ②完成反应I的化学方程式： 。 (3)某课题组为研究CO存在下铁对NO的催化还原反应，设计了三组对照实验。分别如下：第1、2组将等量的Fe置于石英管内，通入N2吹扫约10min，然后分别通入一定量NO或NO和CO混合气体后，两端密封开始加热升温，测NO的转化率；第3组与第2组其它条件相同，但没有Fe参与实验，测NO的转化率，得出结果如图。 ①下列说法正确的是 。 A．其他条件不变时，用空气替代N2，对实验结果有影响 B．当体系中CO和CO2的物质的量浓度相等时，反应达到平衡状态 C．增加铁的质量和表面积，能降低该反应的活化能，提高反应速率，提高NO的平衡转化率 D．当温度小于750K，铁在NO、CO反应系统中，以Fe、NO的气固异相反应为主 ②请解释图1中750K后曲线1、2变化趋势不同的原因： 。 ③若该反应的正、逆反应速率可表示为v正= k正c2(NO)·c2(CO)、v逆=k逆c2(CO2)·c(N2)，k正、k逆分别为正、逆反应速率常数，仅与温度有关。一定温度下，在体积为1L的容器中加入2molNO和2.2molCO发生上述反应，测得CO和CO2物质的量浓度随时间的变化如图所示。已知该温度下K=27/20，则a点时v正：v逆= 。(结果保留两位有效数字) 【答案】(1) CO2+HCO3-+2e-=HCOO-+CO32- (2)低温自发 2NO+2Fe=2FeO+N2 (3)AD 曲线1(无CO)，反应1在750K时达到平衡，继续升温平衡逆移，NO转化率略有下降；曲线2(有CO)，反应II发生，导致反应I未达平衡，750K后继续升温NO转化率继续增大。(或者曲线2：反应II750K后随温度升高速率加快，所以总反应速率加快，NO转化率继续增大；或者曲线2从总反应角度分析，随温度升高，反应速率一直在增大，故NO转化率一直增大) 3.9 【解析】(1)阴极的电解电极方程式CO2+HCO3-+2e-=HCOO-+CO32-；(2)该反应ΔS<0，由反应自发时ΔG=ΔH−TΔS<0，则低温自发；反应I+反应II=总反应，则反应I为2NO+2Fe=2FeO+N2；(3)①A项，其他条件不变时，用空气替代N2，空气会氧化NO,对实验结果有影响， A正确；B项，当体系中CO和CO2的物质的量浓度相等时，可能为某一时刻不能判断反应达到平衡状态，B错误；C项，增加铁的质量和表面积，不能降低该反应的活化能，不能提高NO的平衡转化率，C错误；D项，由图当温度小于750K，1,2曲线几乎重合，铁在NO、CO反应系统中，以Fe、NO的气固异相反应为主，D正确；故选AD。②750K后曲线1、2变化趋势不同的原因：曲线1(无CO)，反应1在750K时达到平衡，继续升温平衡逆移，NO转化率略有下降；曲线2(有CO)，反应II发生，导致反应I未达平衡，750K后继续升温NO转化率继续增大。(或者曲线2：反应II750K后随温度升高速率加快，所以总反应速率加快，NO转化率继续增大；或者曲线2从总反应角度分析，随温度升高，反应速率一直在增大，故NO转化率一直增大)；③平衡时v正= k正c2(NO)·c2(CO)= v逆=k逆c2(CO2)·c(N2)，则 ，a点时列三段式为 。 10．(2025·辽宁省名校联盟高三联考)黄铁矿(主要成分为FeS2)、焦炭与适量空气混合加热发生反应i．3FeS2+2C+3O2Fe3O4+6S+2CO。 (1)反应i中每消耗碳原子，转移 电子。 (2)反应i可能会产生副产物SO2，可用处理回收S，发生反应ii和副反应iii。 ii．SO2(g)＋2CO(g)S(g)＋2CO2(g) ΔH＜0 iii．SO2(g)＋3CO(g)COS(g)＋2CO2(g) ΔH＜0 恒压条件下，按n(SO2)：n(CO)=1：3充入原料，其中SO2的平衡转化率以及COS和S的平衡选择性[X(X为COS或S)的平衡选择性]随温度的变化如图所示。已知L2表示COS的平衡选择性。 ①下列说法错误的是 (填字母)。 a．L3表示S的平衡选择性 b．键角：COS＜CO2 c．COS(g)CO(g)＋S(g) ΔH＞0 d．若某温度下可只考虑反应ii，此时恒压条件下充入He，平衡不移动，SO2的体积分数不变 ②下，反应ⅱ的平衡常数K= 。 (3)常温下，通过电化学原理，利用反应i的产物Fe3O4进一步与SO2反应，电解质溶液采用NH3·H2O-(NH4)2SO4缓冲溶液，维持pH=9，可制备(NH4)2Fe(SO4)2，反应装置如图。 ①在 (填“正”或“负”)极区可得到产品(NH4)2Fe(SO4)2。 ②结合电极方程式，指出负极区NH4+的物质的量的变化并解释原因： 。 ③已知常温下，Kb(NH3·H2O)=1.8×10-5，在配制pH=9的NH3·H2O-(NH4)2SO4缓冲溶液时， 。 【答案】(1)6 (2)bd 5.12 (3)正 NH4+的物质的量增多，SO2-2e-+4NH3·H2O=SO42-+4NH4++2H2O，每有4molNH4+生成，会有2molNH4+通过离子交换膜迁移到正极区 0.9 【详解】(1)FeS2和C都是还原剂，化合价变化的元素比较多，可通过氧化剂O2来计算，每消耗1mol碳原子同时会消耗1.5molO2，转移6mole-。(2)①a项，由于L2和L3对称性很好，相加等于100%。即L2和L3分别表示COS和S的平衡选择性，a项正确；b项，根据VSEPR模型，COS和CO2都是直线形，键角相等，b项错误；c项，从图中可以看出，随着温度升高，COS的平衡选择性降低，S的平衡选择性升高，升温有利于COS转化为S，同时体系中存在大量CO，所以COS(g)CO(g)＋S(g) ΔH＞0，c项正确；d项，由于恒压充入了He气，平衡虽不移动，但气体总物质的量增多，所以SO2体积分数减小，d项错误。故选bd。由于反应ii反应前后气体化学计量数相同，所以可假设初始充入n(SO2)=1mol，n(CO)=3mol。列式如下： 平衡时n(SO2)=0.2mol，n(CO)=1mol，n(S)=0.4mol，n(CO2)=1.6mol。故。(3)①由于使用阳离子交换膜，所以NH4+向正极区(左)移动，形成(NH4)2Fe(SO4)2。②SO2-2e-+4NH3·H2O=SO42-+4NH4++2H2O，每有4molNH4+生成，会2molNH4+通过离子交换膜迁移到正极区。③NH3·H2O的电离量与NH4+的水解量对比与二者的初始量都可以忽略不计，所以认为二者初始浓度即为平衡浓度。，代入Kb(NH3·H2O)=1.8×10-5与，得，则。 类型三 以有机物转化为主体 11．(2025·浙江省台州市高三一模)利用生物质乙醇制备乙烯具有很大的经济价值和战略意义，发生的反应为： 反应Ⅰ：CH3CH2OH(g)CH2=CH2(g)＋H2O(g) ΔH＝+40.0kJ·mol−1 ΔS=125.0J·mol-1·K-1 反应Ⅱ：2CH3CH2OH(g)CH3CH2OCH2CH3(g)＋H2O(g) ΔH＝-16.0kJ·mol−1 请回答： (1)已知相关物质的标准熵数值如下表所示，ΔS计算方法可类比ΔH计算方法。 化学式 CH3CH2OH(g) CH3CH2OCH2CH3(g) H2O(g) 标准熵：/( J·mol-1·K-1) 281.1 342.1 188.1 反应Ⅱ的ΔS= J·mol-1·K-1(保留小数点后1位)。 (2)恒压()、分子筛为催化剂、乙醇和水投料比1：1，反应相同时间后乙醚和乙烯的物质的量分数如下表(假设在100℃~300℃内催化剂活性保持不变)： 温度/℃ 100 150 200 250 300 CH2=CH2/(n%) 0.00 11.11 21.86 28.83 31.09 CH3CH2OCH2CH3/(n%) 6.25 5.56 4.69 1.60 0.81 已知：生成乙烯的反应机理如下： ①100℃时CH2=CH2的物质的量分数为0.00，试解释原因 。 ②若100℃该时间段反应已达平衡，试计算Ⅱ的平衡常数Kp= 。为乙醇的平衡分压，如，p为平衡总压，为平衡系统中CH3CH2OH的物质的量分数。 (3)恒压()和恒温(300℃)下，投入原料为乙醇和水，分别在NKC-03A、Syndol、γ−Al2O3等3种催化剂下进行反应，测定相同时间间隔，乙醇转化率与原料含水量的关系如图所示，下列说法正确的是_______。 A．a点可能为平衡状态 B．γ−Al2O3催化剂下，随原料含水量增加平衡左移，乙醇转化率下降 C．题给条件下，NKC-03A催化效果较好 D．原料含水量为40%、γ−Al2O3催化剂下，若将恒压改为恒容，其它条件不变，乙醇转化率可能增大 (4)如图表示反应Ⅰ和Ⅱ的ΔH-TΔS与T的关系，图中直线代表上述反应的 (填“反应Ⅰ”或“反应Ⅱ”)，在该图中画出另一个反应对应的直线 (假设、随温度的变化可忽略)。 (5)以Na2CO3、K2CO3熔盐为电解质，用多晶铜催化电解CO2和水蒸气也可获得乙烯，写出阴极电极方程式 。 【答案】(1)-32.0 (2)反应Ⅳ的活化能较大 0.25 (3)CD (4)反应Ⅰ (5) 8CO2+2H2O+12e-=C2H4+6CO32- 【解析】(1)反应ΔS=生成物熵变之和—反应物熵变之和，则反应ΔS=(342.1+188.1) J/(mol·K)—281.1 J/(mol·K) ×2=—32.0J/(mol·K)；(2)①反应的活化能越大，反应速率越慢，慢反应是反应的决速步骤，由反应机理可知，100℃时反应Ⅳ为慢反应，该反应的活化能较大，导致反应速率慢，使得乙烯的物质的量分数为0.00；②设100℃起始反应时，乙醇、水蒸气的物质的量都为1mol，平衡时生成乙醚的物质的量为amol，由题意可建立如下三段式： 由乙醚的物质的量分数为6.25%可得：×100%=6.25%，解得a=0.125mol，则Ⅱ的平衡常数Kp==0.25；(3)A项，催化剂能降低反应活化能，加快反应速率，但化学平衡不移动，乙醇的转化率不变，由图可知，相同时间内，原料含水量一定时，a点Syndol做催化剂条件下乙醇的转化率小于NKC-03A做催化剂条件下乙醇的转化率，所以a点时反应未达到平衡，故错误；B项，由图可知，相同时间内，原料含水量一定时，γ−Al2O3做催化剂条件下乙醇的转化率小于NKC-03A做催化剂条件下乙醇的转化率，说明反应未达到平衡，则随原料含水量增加乙醇转化率下降是因为原料含水量增加，导致催化剂的活性降低，反应速率减慢使得消耗乙醇的物质的量减小所致，故错误；C项，由图可知，相同时间内，原料含水量一定时，NKC-03A做催化剂条件下乙醇的转化率最大，说明反应的反应速率最大，催化效果较好，故正确；D项，原料含水量为40%、γ−Al2O3催化剂下，其它条件不变时，与恒压容器相比，恒容容器相当于增大压强，增大压强， 反应速率加快使得消耗乙醇的物质的量，导致乙醇的转化率增大，故正确；故选CD；(4)由方程式可知，反应Ⅰ是熵增的吸热反应，升高温度，反应ΔH—TΔS减小，反应Ⅱ是熵减的放热反应，升高温度，反应ΔH—TΔS增大，则图中直线代表上述反应的反应Ⅰ，表示反应Ⅱ对应的直线如下图所示：；(5)由题意可知，阴极发生的反应为水分子作用下二氧化碳在阴极得到电子发生还原反应生成乙烯和碳酸根离子，电极反应式为8CO2+2H2O+12e-=C2H4+6CO32-。 12．(2025·浙江省北斗星盟高三联考)一定条件下，水气变换反应CO+H2OCO2+H2的中间产物是HCOOH。为探究该反应过程，研究HCOOH水溶液在密封石英管中的分解反应： Ⅰ．HCOOH(aq)CO(aq)+H2O(aq)(l)(快) ΔH1＝+26.4kJ·mol−1 Ⅱ．HCOOH(aq)CO2(aq)+H2(aq)(l)(慢) ΔH2＝-14.8kJ·mol−1 研究发现，在反应Ⅰ、Ⅱ中，H+仅对反应Ⅰ有催化作用；反应Ⅰ的速率远大于反应Ⅱ，近似认为反应Ⅰ建立平衡后始终处于平衡状态。忽略水的电离，其浓度视为常数。 (1)在该条件下，水气变换反应的焓变ΔH＝ 。 (2)反应Ⅰ的正反应速率方程为：，k为反应速率常数。T1温度下，HCOOH电离平衡常数为Ka，当HCOOH平衡浓度为xmol·L-1时，此时反应Ⅰ的速率v= 。(用Ka、x、k的代数式来表示) (3)①T2温度下，在密封石英管内完全充满1.0mol·L-1HCOOH水溶液，使HCOOH分解，分解产物均完全溶于水。碳物种浓度与反应时间的变化关系如图所示(忽略碳元素的其他存在形式)。t1时刻CO、CO2的浓度分别为0.70 mol·L-1、0.16 mol·L-1，反应Ⅱ达平衡，测得H2的浓度为0.50 mol·L-1，反应Ⅱ的平衡常数为 。 ②在相同条件下，下列说法正确的是 。 A．若反应起始时溶液中同时还含有0.10 mol·L-1盐酸，则图示a、b、c、d中，CO的峰值点可能是a或b B．若适当升高温度，则图示a、b、c、d中，CO的峰值点可能是a或b C．与不含盐酸相比，CO达到浓度峰值时，CO2浓度减小 D．与不含盐酸相比，CO达到浓度峰值时，的值减少 (4)工业上，水气变化的反应历程包含反应物分子在催化剂表面的吸附(快速)、反应物及产物分子脱吸附等过程。随着温度升高，在催化剂活性温度范围内，该反应的反应速率先增大后减小，其速率减小的原因 。 【答案】(1) ΔH＝-41.2kJ·mol−1 (2) (3) 3 BC (4)吸附为放热过程，温度过高，平衡逆移；催化剂表面反应物浓度(量)减小，速率减慢 【解析】(1)根据盖斯定律，反应Ⅱ-反应Ⅰ，得CO+H2OCO2+H2，；(2)T1温度时，HCOOH建立电离平衡：HCOOH HCOO−+H+，当HCOOH平衡浓度为x mol/L时，HCOOH电离平衡常数为Ka= ，，则 c(H+)=，v=kc(H+)⋅c(HCOOH)=kx；(3)①t1时刻时，c(CO)达到最大值，说明此时反应I达平衡状态，列三段式： 故t1时刻c(HCOOH)=1.0－0.70－0.16=0.14 mol·L－1，K(I)= ==5。t1时刻→反应II达平衡过程，CO的浓度在减小，说明反应Ⅰ逆向移动，反应Ⅰ生成了a mol·L－1HCOOH，反应Ⅱ又生成了0.34mol/L的H2，列三段式：， K(I)= ==5，解得a= mol，K(Ⅱ)= ；②A项，H＋对反应I起催化作用，加快反应I的反应速率，缩短到达平衡所需时间，故CO浓度峰值提前，由于时间缩短，反应Ⅱ消耗的HCOOH减小，体系中HCOOH浓度增大，导致CO浓度大于t1时刻的峰值，故c(CO)最有可能在a处达到峰值，A错误；B项，若适当升高温度，反应Ⅰ正向移动，则图示a、b、c、d中，CO的峰值点可能是a或b，B正确；C项，与不含盐酸相比，CO达到浓度峰值时，CO浓度峰值提前，CO2浓度减小，C正确；D项，与不含盐酸相比，CO达到浓度峰值时，温度不变，平衡常数不变，则K(I) =的值不变，D错误；故选BC；(4)水气变化的反应历程包含反应物分子在催化剂表面的吸附(快速)、反应物及产物分子脱吸附等过程，吸附为放热过程，温度过高，平衡逆移；催化剂表面反应物浓度(量)减小，速率减慢。 13．(2025·浙江省嘉兴市高三基础测试)工业制丙烯的方法有多种，回答下列问题： (1)直接脱氢反应I：CH3CH2CH3(g)CH3CH=CH2(g)＋H2(g) ΔH1。压强分别为和时，丙烷平衡转化率与温度的关系如图所示。该反应自发进行的条件是 (填“高温”“低温”或“任意温度”)，图中表示的关系曲线是 (填“a”或“b”)。520℃时，条件下丙烷的平衡转化率Y= ％(计算结果保留一位小数)。 [对于气相反应，用某组分B的平衡压强p(B)代替物质的量浓度c(B)也可表示平街常数，记作Kp (类似于浓度平衡常数K)，如，p为平衡总压强，x(B)为平衡体系中B的物质的量分数]。 (2)氧气氧化反应II： ①已知：2H2(g)＋O2(g)=2H2O(g) ΔH3，则ΔH2= (用含ΔH1、ΔH3的式子表示)。 ②研究发现丙烷和O2可在V2O5表面通过吸附、断键、成键及脱附等过程进行反应，某研究小组为探究反应II的机理，对进料和过程产品成分进行监测，记录见表。由此推测丙烷催化氧化反应过程的机理可能是 (用文字描述)。 实验 进料成分 检测记录 实验I CH3CH2CH3和18O2 初期气态产物无18O2 实验II CH3CH2CH3、CD3CD2CD3和O2 反应过程中无分子 (3)电化学法制丙烯工作原理如图所示，生成丙烯的电极反应式是 。产生丙烯，理论上需电流强度为的铅蓄电池至少工作 秒。 已知：电荷量电流时间(s)；；。 【答案】(1)高温 b 23.1 (2) CH3CH2CH3先在V2O5表面发生吸附和断键，形成活性中间体，然后与吸附的O2分子逐步反应，生成产物，且反应过程具有一定的选择性和顺序性，并非随机进行 (3)3CO2+18H++18e-= CH3CH=CH2+6H2O 1080 【解析】(1)由图可知，升高温度，丙烷的平衡转化率增大，说明该反应是吸热反应，ΔH1＞0，另外该反应为气体体积增大的反应，ΔS＞0，当ΔH-TΔS＜0时反应能自发进行，则该反应自发进行的条件是高温，增大压强，平衡CH3CH2CH3(g)CH3CH=CH2(g)＋H2(g)逆向移动，丙烷的平衡转化率减小，则图中表示的关系曲线是b，根据点(520,60.0)列出“三段式”： 平衡常数Kp=，根据点(520,Y)列出“三段式”： 由于点(520,60.0)和点(520,Y)温度相等，Kp也相等，则Kp=，解得Y=23.1%。(2)①已知：I. CH3CH2CH3(g)CH3CH=CH2(g)＋H2(g) ΔH1；II. ；III. 2H2(g)＋O2(g)=2H2O(g) ΔH3，由盖斯定律可知，反应I+×反应III可得反应II，则ΔH2=；②实验I中进料成分为CH3CH2CH3和18O2，初期气态产物无18O2，O2在V2O5表面吸附，实验II中进料成分为CH3CH2CH3、CD3CD2CD3和O2，反应过程中无分子，说明反应过程中CH3CH2CH3分子的H和C原子在反应过程中没有发生随机的交换和组合，由此推测丙烷催化氧化反应过程的机理可能是：CH3CH2CH3先在V2O5表面发生吸附和断键，形成活性中间体，然后与吸附的O2分子逐步反应，生成产物，且反应过程具有一定的选择性和顺序性，并非随机进行。(3)电化学法制丙烯工作原理如图所示，CO2在阴极得到电子生成丙烯，生成丙烯的电极反应式是：3CO2+18H++18e-=CH3CH=CH2+6H2O，产生丙烯，转移1.8mol电子，理论上需电流强度为160A的铅蓄电池至少工作。 14．(2025·浙江省名校协作体三开学测试)乙酸是重要的有机化工原料之一，在一定条件下，甲醇气体和气体可以合成液态乙酸。该过程可能涉及的反应如下： 反应Ⅰ：CH3OH(g)＋CO(g)CH3COOH(l) ΔH1＝-173.5kJ·mol−1 反应Ⅱ：2CH3OH (g)＋3O2(g)2CO2(g)＋4H2O(l) ΔH2＝-1259kJ·mol−1 反应Ⅲ：CH3COOH(l)＋2O2(g)2CO2(g)＋2H2O(l) ΔH3 反应Ⅳ：2CO(g)＋O2(g)2CO2(g) ΔH4＝-566kJ·mol−1 按要求回答下列问题： (1)反应Ⅲ的ΔH3＝ ，反应Ⅱ自发进行条件是 (填“低温”、“高温”或“任何温度”)。 (2)在一个恒压密闭容器中加入0.20molCH3OH气体和0.22molCO气体发生反应I．测得甲醇的转化率随温度的变化关系如图1所示，其中曲线I表示在5个不同温度下，均经过5min时测得的甲醇的转化率变化曲线，曲线Ⅱ表示不同温度下甲醇的平衡转化率变化曲线，已知在T2温度下，达到平衡时容器的体积刚好为。 ①该反应达到平衡后，下列措施既能提高反应速率又能提高乙酸的产率的有 。 A．分离出部分乙酸　B．升高温度　C．缩小容器体积　D．改用高效催化剂 ②在温度为T2时，反应I的平衡常数为K= ③曲线Ⅱ在T1~T2阶段，甲醇转化率随温度变化降低的原因是 。 ④在温度为T1时，甲醇的物质的量随时间的变化如图2所示。在t1时刻加入高效催化剂，画出t1之后甲醇物质的量的变化曲线 。 (3)有科学家研究在通电条件下，由甲醇水溶液和CO来合成乙酸，阳极的电极反应式为 。 【答案】(1) -874kJ/mol 任何温度 (2) C 500 正反应是一个放热反应，升高温度，化学平衡逆向移动，导致甲醇的平衡转化率降低 (3)2CH3OH-4e-=CH3COOH+4H+ 【解析】(1)由题干已知：反应Ⅰ：CH3OH(g)＋CO(g)CH3COOH(l) ΔH1＝-173.5kJ·mol−1，反应Ⅱ：2CH3OH (g)＋3O2(g)2CO2(g)＋4H2O(l) ΔH2＝-1259kJ·mol−1，反应Ⅳ：2CO(g)＋O2(g)2CO2(g) ΔH4＝-566kJ·mol−1，则(Ⅱ-2Ⅰ+Ⅳ)可得反应Ⅲ：CH3COOH(l)＋2O2(g)2CO2(g)＋2H2O(l)，根据盖斯定律可知，=[(-1529)-2×(-173.5)+(-566)]kJ/mol=-874kJ/mol，反应Ⅱ：　2CH3OH (g)＋3O2(g)2CO2(g)＋4H2O(l) ΔH2＝-1259kJ·mol−1是一个ΔH＜0，ΔS＞0的反应，故反应Ⅱ自发进行条件是任何温度；(2)①由题干可知，反应Ⅰ：CH3OH(g)＋CO(g)CH3COOH(l) ΔH1＝-173.5kJ·mol−1，正反应是一个气体体积减小的放热反应/。A项，分离出部分乙酸，导致生成物浓度不变，反应速率不变，平衡不移动，乙酸的产率不变，A不合题意；B项，升高温度，反应速率加快，正反应为放热反应，故平衡逆向移动，乙酸的产率降低，B不合题意；C项，缩小容器体积即增大压强，反应物、生成物的浓度均增大，反应速率加快，正反应是一个气体体积减小的方向，故平衡正向移动，乙酸的产率增大，C符合题意；D项，改用高效催化剂，反应速率加快，但平衡不移动，乙酸的产率不变，D不合题意；故选C；②由曲线Ⅰ可知：T2温度下，5min时测得的甲醇的转化率为60%，故转化的甲醇的物质的量为0.20mol×60%=0.12mol，则转化的CO的物质的量为0.12mol，故平衡时甲醇的物质的量为0.20mol-0.12mol=0.08mol，CO的物质的量为0.22mol-0.12mol=0.1mol，则生成乙酸的物质的量为0.12mol，故平衡常数K===500；③由题干图像信息可知，曲线Ⅱ在T1~T2阶段，反应Ⅰ：CH3OH(g)＋CO(g)CH3COOH(l) ΔH1＝-173.5kJ·mol−1，达到化学平衡，升高温度，平衡逆向移动，则导致甲醇转化率随温度升高而降低；④在温度为T1时，甲醇的物质的量随时间的变化如图2所示，在t1时刻加入高效催化剂，则反应速率加快，最终达到化学平衡，但平衡不移动，即最终CH3OH的平衡转化率为80%，即剩余的CH3OH的物质的量为0.2mol×(1-80%)=0.04mol，故t1之后甲醇物质的量的变化曲线为：；(3)电解时阳极发生氧化反应，故由甲醇水溶液和CO来合成乙酸，则阴极上CO得电子和氢离子反应生成乙酸、阳极上甲醇失电子生成乙酸和氢离子，阴极、阳极反应式分别为2CO+4H++4e-=CH3COOH、2CH3OH-4e-=CH3COOH+4H+。 15．(2025·浙江省高三普通高校招生模拟选考科目模拟考试)1，3-丁二烯是合成橡胶和合成树脂的原料。请回答： (1)在573K，可通过使丁烯脱氢制取1，3-丁二烯： 反应I  C4H8(g)C4H6(g)＋H2(g)  ΔH1= +115.73 kJ∙mol−1 已知：该条件下，1mol H2完全燃烧所放出的热量为242kJ。 ①写出丁烯燃烧的热化学方程式 。 ②有利于提高C4H8平衡转化率的条件是 。 A．低温低压 B．低温高压 C．高温低压 D．高温高压 ③工业生产中，丁烯催化脱氢反应通常加入水蒸气反应，其理由是 。 (2)丁烯的氧化反应过程会有多个副反应同时发生，如下所示。各反应的吉布斯自由能(ΔG=ΔH-TΔS)随温度的变化关系如下表所示。 主反应I：1-C4H8 +O21，3-C4H6 + H2O 副反应I：1-C4H8iC4H8 副反应Ⅱ：1-C4H8c-2-C4H8 副反应Ⅲ：1-C4H8t-2-C4H8 副反应Ⅳ：1-C4H8+4O24CO+4H2O 副反应V：1-C4H8 + 6O24CO2 + 4H2O 副反应Ⅵ：1-C4H8 + 4O24CO2 + 4H2 各反应在不同温度下的吉布斯自由能ΔG 结合表格数据： ①在1000K下可能会非自发的反应是 ，判断依据是 。 ②分析上图中当温度超过600K时1，3-丁二烯产率几乎为零的原因 。 (3)某一温度下，丁烯催化脱氢制取丁二烯在20 L刚性容器内，冲入1mol反应气体，达到平衡后容器的压强从1000 Pa增大到1500 Pa，该条件下反应平衡常数 。 (4)一种微生物-光电化学弱酸性复合系统可高效实现固定CO2并转化为CH4，正极上的电极反应式是： 。 【答案】(1) C4H8(g)＋O2(g)=C4H6(g)+H2O(g)  ΔH=-126.27kJ∙mol−1 C 为反应供热；降低反应体系的分压 (2) 副反应Ⅲ 根据表格数据变化可得，反应Ⅲ在1000 ℃时ΔG可能会大于0 ΔG绝对值越大，反应自发程度越大，反应程度也就越大)当反应温度高于600 K时，副反应Ⅳ、V、VI自发程度远大于主反应I，故反应Ⅳ、V、VI程度远大于主反应I，主反应I发生程度非常小 (3)0.025 (4)CO2＋8e-＋8H+=CH4＋2H2O 【解析】(1)①在573K，1molH2完全燃烧所放出的热量为242kJ，反应Ⅱ的热化学方程式为H2(g)＋O2(g)= H2O(g)  ΔH=-242kJ·mol-1。根据盖斯定律，(反应I+反应Ⅱ)可到目标反应C4H8(g)＋O2(g)=C4H6(g)+H2O(g)，则ΔH=＋115.73 kJ·mol-1+(-242kJ·mol-1)=- 126.27 kJ·mol-1；则丁烯燃烧的热化学方程式为C4H8(g)＋O2(g)=C4H6(g)+H2O(g)  ΔH=-126.27 kJ∙mol−1。②反应Ⅰ为气体分子数增大的吸热反应，升高温度，平衡正向移动，C4H8的转化率增大；减小压强，平衡正向移动，C4H8的转化率增大；则高温低压有利于提高C4H8的转化率，C符合题意。③水蒸气的温度较高，通入水蒸气可以为反应物加热，从而提高反应速率；此外，通过水蒸气可以降低反应物的分压，有利于平衡正常移动，可提高C4H8的转化率。(2)①ΔG＞0，反应不自发。根据表格数据变化可得，反应Ⅲ在1000 ℃时，ΔG可能会大于0，反应从自发转化为非自发。②ΔG绝对值越大，反应自发程度越大，反应正向程度也就越大。根据表中数据，当反应温度高于600 K时，副反应Ⅳ、V、Ⅵ自发程度远大于主反应I，故反应Ⅳ、V、Ⅵ的反应正向程度远大于主反应I，主反应I发生程度非常小，因此1，3-丁二烯产率几乎为零。(3)在恒温恒容的密闭容器中，压强之比等于气体的物质的量之比。达到平衡后容器的压强从1000 Pa增大到1500 Pa，则气体的物质的量从1mol增大到；可利用三段式计算平衡常数，设反应达到平衡时，丁烯反应了xmol，三段式如下： 总物质的量1－x＋x＋x=1.5，则x=0.5mol；则平衡常数。(4)CO2转化为CH4，电解质环境为弱酸性；CO2转化为CH4，化合价从＋4降低到－4，发生还原反应，则配平得到的正极上的电极方程式为CO2＋8e-＋8H+=CH4＋2H2O。 类型四 以氢能生产和利用为主 16．(2025·浙江省金丽衢十二校高三第一次联考)氢气是一种清洁能源，工业制氢有多种途径。 (1)利用水煤气转化法制氢涉及的反应如下： 反应I：C(s)＋H2O(g)CO(g)＋H2(g) ΔH＞0 反应Ⅱ：CO(g)＋H2O(g)CO2(g)＋H2(g) ΔH＜0 在一定温度下，向容积固定为2L的密闭容器中加入足量的C(s)和1molH2O(g)，起始压强为2MPa，发生反应I和Ⅱ。10 min后达到平衡，此时H2O(g)的转化率为70%，CO的物质的量为0.1mol。 ①反应I能自发进行的条件是 (填“高温”、“低温”或“任意温度”)。 ②下列说法正确的是 。 a．增大C(s)的用量，反应I生成CO的速率增大 b．混合气体的密度保持不变时，说明反应Ⅱ已达到平衡 c．平衡时H2的体积分数可能大于三分之二 d．除去体系中的CO2可提高平衡时H2的含量 ③此温度下反应Ⅱ的化学平衡常数Kp= (用平衡分压代替平衡浓度，气体分压=总压×气体的物质的量分数)。 (2)另一种绿色环保制氢技术“Fe-HCO3--H2O热循环制氢和甲酸”的原理为：在密闭容器中，铁粉与吸收CO2制得的NaHCO3溶液反应，生成H2、HCOONa和Fe3O4；Fe3O4再经生物柴油副产品转化为Fe。实验中发现，在300℃时，密闭容器中NaHCO3溶液与铁粉反应初期有FeCO3生成并放出H2。随着反应进行，FeCO3迅速转化为活性Fe3O4-x，活性Fe3O4-x是HCO3-转化为HCOO-的催化剂，其可能反应机理如图所示。 ①下列叙述正确的是 。 a．电负性O＞H＞Fe，因此吸附在O2-上的H略带正电 b．升高温度生成HCOO-的反应速率一定加快 c．吸附在Fe2+上的H原子在步骤Ⅰ后生成了水 d．该制氢技术绿色环保原因之一是铁可以循环利用 ②在其他条件相同时，测得Fe的转化率、HCOO-的产率随cHCO3-变化如图所示。 请分析HCOO-的产率随cHCO3-增加而增大的可能原因是 。 (3)电解水制“绿氢”的技术也不断被突破，科技工作者设计了耦合HCHO高效制H2的方法，相同电量下H2理论产量是传统电解水的2倍，其装置如下图所示。则阳极电极反应式为 。 【答案】(1)高温 bd 7 (2) acd 碳酸氢根与铁反应生成的碳酸铁转化为Fe3O4-x作为反应的催化剂 (3) 2HCHO+4OH--2e-=2HCOOO-+H2↑＋2H2O 【解析】(1)根据ΔG=ΔH-TΔS判断反应自发进行所需条件；有气体参与的可逆反应，密度、压强均可能影响反应平衡；(2)铁粉与碳酸氢钠在催化剂存在下反应生成氢气和甲酸，根据题目所给示意图分析，步骤Ⅰ碳酸氢根离子与铁反应生成碳酸铁和氢气，随着反应进行，碳酸氢根通过活性Fe3O4-x转化为HCOO-；(3)根据题目所给示意图，b区甲醛反应生成HCOO-，发生氧化反应，产生氢气，已知相同电量下氢气的理论产量事传统电解水的2倍，则该电解池每转移2mol电子，产生2mol氢气。(1)①根据ΔG=ΔH-TΔS，反应Ⅰ是熵增，焓变大于0的反应，即ΔS＞0，ΔH＞0，则高温条件下有利于反应自发进行；②a项，增大C(s)的用量，由于碳单质是固体，增大碳的用量，不能增大浓度，生成一氧化碳速率不增加，a错误；b项，根据，反应Ⅰ由固体参与，随着反应的进行，气体整体质量增大，当密度保持不变时，气体质量不变，则反应Ⅱ已达到平衡，b正确；c项，反应中的水只能转化为氢气，水的转化率为70%，则氢气的物质的量为0.7mol，一氧化碳的物质的量为0.1mol，则此时氢气的体积分数为，二氧化碳的体积未知，故氢气的体积分数必定小于三分之二，c错误；d项，除去体系中的二氧化碳，反应Ⅱ平衡向正反应方向移动，一氧化碳减少，反应Ⅰ平衡也向正反应方向进行，可以提高平衡时氢气的含量，d正确；故选bd；③分别设反应Ⅰ和反应Ⅱ消耗的水的物质的量为x、ymol，列出三段式： 、 已知平衡时，水的转化率为70%，一氧化碳的物质的量为0.1mol，即1-x-y=0.3mol，x-y=0.1，解得x=0.4，y=0.3，故平衡时二氧化碳的物质的量为0.3mol，反应前总压强为2MPa，气体的物质的量共为1mol，反应后气体总量为1.4mol，则反应后总压强为，利用分压计算反应Ⅱ的平衡常数；(2)①a项，根据元素周期律，电负性O＞H，而H元素可以接受1个电子形成稳定结构，Fe则不行，故电负性大小：O＞H＞Fe，根据流程图示意，氢气断裂，一个氢原子吸附在氧负离子上，氧带负电，H略带正电，a正确；b项，升高温度反应速率增加，但可能导致催化剂失活，导致反应速率降低，b错误；c项，根据题目所给流程图，氢气断裂出两个氢原子，一个吸附在氧负离子上，一个吸附在亚铁离子上，经过步骤Ⅰ，吸附在亚铁离子上的H形成了水分子，c正确；d项，该技术原理中，Fe可以循环利用，是绿色环保原因之一，d正确；故选acd；②铁先与碳酸氢根反应生成氢气和碳酸铁，随着反应的进行，碳酸铁迅速转化为活性Fe3O4-x，作为生产甲酸的催化剂，故碳酸氢根的浓度增大，导致甲酸的产率增大；(3)根据分析，甲醛被氧化为HCOO-，则b电极区为阳极，a电极区为阴极，已知相同电量下，该电解技术氢气的理论产量是传统电解水的2倍，则阳极的电极反应式推理为甲醛失去2mol电子形成甲酸根离子和1mol氢气，阴极的电极反应式为氢氧根得到2mol电子形成1mol氢气，故阳极的电极反应式为2HCHO+4OH--2e-=2HCOOO-+H2↑＋2H2O。 17．(2025·浙江省Z20名校联盟高三开学考试)氢能是一种极具发展潜力的绿色能源，高效、环保的制氢方法是当前研究的热点问题。 请回答： (1)甲烷水蒸气重整制氢： I．CH4(g)＋H2O(g)CO(g)＋3H2(g) ΔH1＝+206kJ·mol−1 Ⅱ．CO(g)＋H2O(g)CO2(g)＋H2(g) ΔH2＝-41kJ·mol−1 总反应：CH4(g)＋2H2O(g)CO2(g)＋4H2(g)能自发进行的条件是 。 A．低温 B．高温 C．任意温度 D．无法判断 (2)恒定压强为时，向某密闭容器中按n(CH4)：n(H2O)=1：3投料，600℃时平衡体系中部分组分的物质的量分数如下表所示： 组分 CH4 H2O H2 CO2 物质的量分数 ①下列措施中一定能提高H2平衡产率的是 。 A．选择合适的催化剂 B．移除部分 C．向体系中投入少量 D．恒温恒压下通入气体Ar ②用各组分气体平衡时的分压代替浓度也可以表示化学反应的平衡常数(Kp=)，600℃时反应I的平衡常数为Kp= (结果保留两位小数，已知气体分压=气体总压×各气体的体积分数)。 (3)硼氢化钠(NaBH4)水解制氢：常温下，NaBH4自水解过程缓慢，需加入催化剂提高其产氢速率。NaBH4H4在某催化剂表面制氢的微观过程如图所示。 ①根据上图写出NaBH4水解制氢的离子方程式 。 ②其他条件相同时，测得平均每克催化剂使用量下，NaBH4浓度对制氢速率的影响如下图所示。(已知：浓度较大时，NaB(OH)4易以NaBO2形式结晶析出。) 分析NaBH4质量分数超过后制氢速率下降的可能原因 。 ③NaBH4转化为NaBO2后，电解NaBO2溶液又可制得NaBH4，实现物质的循环利用，电解装置如图所示。 阴极上的电极反应式是 。 【答案】(1)B (2)CD 0.59 (3)BH4-+4H2O=B(OH)4-+4H2↑ NaBH4浓度较高时，生成较多的NaB(OH)4以NaBO2形式结晶析出，覆盖在催化剂表面，阻碍BH4-与催化剂活性位的接触(或催化剂活性下降)，制氢速率下降 BO2-+6H2O+8e-= BH4-+8OH- 【解析】(1)根据盖斯定律可知，总反应=反应I+反应Ⅱ，因此，该反应为气体分子数增多的反应，可知ΔS＞0，根据ΔG=ΔH-TΔS，当ΔG＜0时反应自发进行，根据该反应ΔH＞0、ΔS＞0可知该反应高温下可自发进行，故选B。(2)①A项，选择合适的催化剂，只能加快反应速率，对平衡无影响，故A不符合题意；B项，移除CO，降低CO的浓度，可使反应I平衡正向移动，但是反应Ⅱ逆向移动，H2(g)的平衡产率不一定提高，故B不符合题意；C项，向体系中投入少量CaO，反应为：CaO+H2O=Ca(OH)2，Ca(OH)2能与CO2反应产生CaCO3和H2O，可知体系中的CO2减小，可知反应Ⅱ、总反应平衡正向移动，H2(g)的平衡产率一定提高，故C符合题意；D项，恒温恒压下通入Ar气，体积扩大，平衡向气体分子数增大的方向移动，即反应I平衡正向移动，一定能提高H2平衡产率，故D符合题意；故选CD；②由表格数据可知，平衡时CO的物质的量分数=1-0.04-0.32-0.50-0.08=0.06，600℃时反应I的压强平衡常数为。(3)①NaBH4与水反应生成NaB(OH)4和氢气，发生归中反应，其离子方程式为：BH4-+4H2O=B(OH)4-+4H2↑；②图中是NaBH4含量对制氢速率的影响，NaBH4浓度较低时，催化剂表面活性位未被充分利用，催化剂性能未充分发挥，对制氢速率较低；NaBH4浓度较高时，生成较多的NaB(OH)4以NaBO2形式结晶析出，覆盖在催化剂表面，阻碍BH4-与催化剂活性位的接触(或催化剂活性下降)，制氢速率下降；③电解池阴极得电子发生还原反应，NaBO2得到电子生成NaBH4，电极反应式为BO2-+6H2O+8e-= BH4-+8OH-。 39 / 39 学科网（北京）股份有限公司 $$